Wiki - Oberflächenspannung

In einer Vielzahl von Fertigungsprozessen ist die Oberflächenspannung eine der entscheidenden Größen für die Qualität eines Produktes. Speziell in der Oberflächentechnik hat sich die Oberflächenspannung als Mess- und Regelgröße etabliert.

Was ist Oberflächenspannung?

Die Oberflächenspannung ist ein Phänomen zwischen Flüssigkeiten und Gasen. Sie bewirkt, dass Gegenstände schwimmen, die aufgrund der größeren Dichte eigentlich untergehen müssten oder dass Farben auf manchen Oberflächen sehr gut benetzen während sie auf anderen einfach abperlen.

Ursache für dieses Phänomen ist die Kohäsion. Bei der Kohäsion handelt es sich um Bindungskräfte zwischen Molekülen. Im Inneren einer Phase, in diesem Fall Wasser, wirken die Bindungskräfte gleichmäßig nach allen Seiten. Die resultierende Kraft ist gleich Null.

Wie im Bild dargestellt, fehlen an der Grenzfläche zu einer anderen Phase, in diesem Fall Luft, die benachbarten Moleküle. Dies führt dazu, dass die Bindungskräfte der Moleküle an der Grenzfläche verstärkt auf ihre direkten Nachbarn wirken. Daraus resultiert eine Kraft (F), die in das Innere des Mediums gerichtet ist.

Praktisch ist das Phänomen mit einem dünnen Film vergleichbar, der die Flüssigkeit umgibt und es erschwert Gegenstände in die Flüssigkeit hineinzuführen oder hinauszuziehen. Gegen die Kraft (F) muss eine Arbeit verrichtet werden, um etwas durch diesen „Film“ zu befördern bzw. dessen Oberfläche zu vergrößern.

Aus diesem Grund ist die Oberflächenspannung definiert als "die Arbeit (Nm), die geleistet werden muss, um die Oberfläche (m²) einer Flüssigkeit um eine Einheit zu vergrößern".

Daraus ergibt sich die Einheit der Oberflächenspannung von N/m (Nm/m² = N/m). Gelegentlich wird die Oberflächenspannung auch in dyn/cm angegeben.

1 dyn/cm = 1 mN/m

Die Oberflächenspannung von Wasser bei 20 °C beträgt 72,75 mN/m.

Quelle (SITA Process Solutions) und (Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft)