Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen

B.11. Oberflächenspannung und KapillaritätMerke:Der minimale Druck in einer Flüssigkeit ist der Dampfdruck. Im Wasser mit Raumtemperaturliegt er bei etwa 0, 02 · 10 5 Pa Absolutdruck. Zugspannungen treten in Flüssigkeitennicht auf.Die durch Druckabsenkung erzeugte Dampfblasenbildung in Flüssigkeiten nennt manKavitation.B.11 Oberflächenspannung und KapillaritätUrsache für die Oberflächenspannung sind Kohäsionskräfte, mit denen sich die Teilchen einer Flüssigkeitgegenseitig anziehen. Im Inneren einer Flüssigkeit wirken diese Kräfte gleichmäßig nach allenSeiten, sodaß keine resultierenden Kraftwirkungen auftreten. An der Flüssigkeitsoberfläche in einerSchicht mit der Dicke, die gleich dem Wirkungsradius der Anziehungskraft der Flüssigkeitsteilchenist, treten dementsprechend Kraftwirkungen auf, die ins Innere der Flüssigkeit gerichtet sind. DieseKraft, bezogen auf die Flächeneinheit, wird als Kohäsionsdruck bezeichnet.Soll ein Teilchen aus dem Flüssigkeitsinneren an die Oberfläche gelangen und damit eine Vergrößerungder Oberfläche bewirken, muß entlang seinem Weg Arbeit gegen den Kohäsionsdruck verrichtet werden.Die aufzuwendende Arbeit, bezogen auf den Zuwachs der Oberfläche, ist die Oberflächenspannung σ .σ = ArbeitFlächein[ ] N mm 2=[ Nm]An der Oberfläche verbleiben nur so viele Teilchen, wie zur Bildung einer minimalen Oberflächebenötigt werden. Dabei stellt sich die Oberfläche so ein, als wäre darüber eine dünne Membran gespannt.Das beschriebene Verhalten findet man auch an Grenzflächen zwischen zwei Flüssigkeiten, diesich nicht mischen.Im allgemeinen spielen die Oberflächenspannungskräfte in der Hydromechanik eine untergeordneteRolle, da andere wirkende Kräfte, wie z.B. die Schwerkraft und die Trägheits- bzw. Reibungskräfte,um ein Vielfaches größer sind.Technische Bedeutung erlangt die Oberflächenspannung bei der Untersuchung des Verhaltens vonFlüssigkeiten in engen Kapillaren. Berührt die Flüssigkeit einen festen Körper, so werden die Moleküleder Flüssigkeit in der Grenzfläche von den Molekülen in der festen Wand angezogen. Dieses- 11 -