Oppervlaktespanning

Oppervlaktespanning

Oppervlaktespanning is de eigenschap van een vloeistof waarbij het de kleinst mogelijke oppervlakte aanneemt.

Fysica

Trefwoorden

oppervlaktespanning, capillaire werking, capillair, cohesie, adhesie, humify, Mercurius, waterdruppel, Schaatsenrijder, meniscus, vloeistof, deeltje, wateroppervlak, watermolecuul, insect, dichtheid, Fysica, Bol

Gerelateerde items

Scènes

Cohesieve kracht

  • waterdruppel - Een waterdruppel zonder enig contact met een vaste stof heeft een sferische vorm, aangezien dit de vorm is met de kleinste oppervlakte-tot-volume-ratio.

Oppervlaktespanning treedt op omdat moleculen van een vloeistof elkaar aantrekken. De aantrekkingskracht tussen gelijksoortige moleculen wordt cohesie genoemd. Cohesieve krachten in een vloeistof heffen elkaar op dus interne moleculen hebben een lage staat van energie. Buitenste moleculen hebben echter een hoge staat van energie omdat cohesieve krachten elkaar aan het oppervlak van de vloestof niet opheffen. Zodoende, in overeenstemming met het principe van minimale energie, worden de buitenste moleculen constant naar het binnenste van de vloeistof getrokken. Als gevolg probeert de vloeistof een zo klein mogelijk oppervlak te verkrijgen. Dit is de reden dat een vallende waterdruppel een sferische vorm aanneemt.

Het fenomeen van oppervlaktespanning wordt meer complex wanneer moleculen van een vast oppervlak interageren met de vloeistof. De aantrekkingskracht tussen de moleculen van een vast oppervlak en een vloeistof wordt adhesie genoemd.

Bevochtiging is een karakteristiek vermogen van een bepaald vloeibaar/vast paar wat afhankelijk is van de grootte van de adhesieve kracht en de cohesieve kracht tussen de moleculen van een vloeistof. Als deze kracht sterk genoeg is, spreidt de vloeistof zich op het vaste oppervlak uit. Met andere woorden, de vloeistof kan het oppervlak bevochtigen. Als de adhesieve kracht echter zwak is, kan de vloeistof die in contact komt met het vast oppervlak zijn eigen oppervlaktegebied reduceren, en treedt er geen bevochtiging op. Kwik is bijvoorbeeld een niet-bevochtigende vloeistof.

De bevochtigbaarheid van vloeistoffen bepaalt hoe zij zich gedragen in dunne buisjes, ofwel capillairbuisjes. De wet van de communicerende vaten is niet van toepassing op vloeistoffen in capillairbuisjes, wat betekent dat de vloeistof in deze buisjes niet op hetzelfde niveau is; in plaats daarvan kan capillaire werking worden geobserveerd. Een capillair met water vertoont capillaire stijging, terwijl een capillair met kwik capillaire daling vertoont.

Capillaire stijging treedt op wanneer de vloeistof de wand van het buisje bevochtigd, dat wil zeggen, wanneer de adhesieve krachten tussen het buisje en de vloeistof sterker zijn dan de cohesieve krachten tussen de watermoleculen. Als het andersom is, treedt capillaire daling op.

Oppervlaktespanning en capillaire werking spelen een belangrijke rol in de natuur. Schaatsenrijders zouden bijvoorbeeld niet over het oppervlak van het water kunnen lopen zonder de aanwezigheid van oppervlaktespanning. De poten van deze aquatische insecten zijn bedekt met kleine haartjes die een klein oppervlak vormen, waardoor deze niet-bevochtigbaar zijn. Dankzij oppervlaktespanning functioneert het oppervlak van het water als een membraan dat het gewicht van schaatsenrijders kan ondersteunen, en op het water vormen onder hun poten kleine inzinkingen. Ze kunnen zichzelf vanaf deze inzinkingen afzetten en snelheden bereiken tot 90 cm/s.

Capillaire werking treedt ook op in het transportsysteem van planten. Dit fenomeen is nodig voor de houtvaten van de planten om water te kunnen transporteren vanaf de wortels naar de bovenliggende delen van de plant.

Adhesieve kracht

  • waterdruppel
  • glas

Bevochtiging

  • waterdruppel
  • kwikdruppel
  • glas

Capillaire werking

  • water - Water bevochtigd het oppervlak van het glas, dus stijgt water in het drinkglas in het glazen capillair in tegenstelling tot de zwaartekracht.
  • kwik - Kwik bevochtigd het oppervlak van het glas niet, dus zal het niveau van vloeibare kwik in het capillair lager zijn dan dat in het drinkglas.
  • glazen capillairbuisje

Animatie

  • waterdruppel - Een waterdruppel zonder enig contact met een vaste stof heeft een sferische vorm, aangezien dit de vorm is met de kleinste oppervlakte-tot-volume-ratio.
  • waterdruppel
  • buitenste watermolecuul - Aangrenzende deeltjes trekken deze moleculen alleen van binnenin de vloeistof aan. Oppervlaktespanning wordt geproduceerd door de neiging van deze moleculen om naar het midden van de druppel te bewegen.
  • binnenste watermolecuul - Aangrenzende deeltjes trekken deze moleculen uit alle richtingen aan.
  • waterdruppel
  • glas
  • waterdruppel
  • kwikdruppel
  • <90°
  • ˃90°
  • contacthoek - Dit wordt gemeten waar een vast oppervlak een vloeistof-gas-interface treft. Het toont de mate waarmee een vloeistof een vast oppervlak kan bevochtigen. Als de contacthoek minder is dan 90°, bevochtigd de vloeistof het vaste oppervlak maar bevochtiging treedt niet op als deze hoek meer dan 90° bedraagt.
  • glas
  • water - Water bevochtigd het oppervlak van het glas, dus stijgt water in het drinkglas in het glazen capillair in tegenstelling tot de zwaartekracht.
  • kwik - Kwik bevochtigd het oppervlak van het glas niet, dus zal het niveau van vloeibare kwik in het capillair lager zijn dan dat in het drinkglas.
  • glazen capillairbuisje
  • water - Water bevochtigd het oppervlak van het glas, dus water in het drinkglas stijgt in het glazen capillair in tegenstelling tot de zwaartekracht.
  • kwik - Kwik bevochtigd het oppervlak van het glas niet, dus zal het niveau van vloeibare kwik in het capillair lager zijn dan dat in het drinkglas.
  • holle meniscus
  • bolle meniscus
  • Schaatsenrijder - Het wordt gevonden op het oppervlak van stilstaand water, inclusief vijvers, meren en langzaamstromende rivieren. Het dieet van dit behendige dier bestaat uit insecten die op het oppervlak van het water vallen.
  • haar - Het gedeelte waar de haartjes op de pootjes van schaatsenrijders in contact komen met het oppervlak van het water is zeer klein, wat de adhesieve kracht tussen de pootjes en het wateroppervlak vermindert. Het bevochtigen van de pootjes van de schaatsenrijder wordt voorkomen door zwakke adhesieve kracht.

Schaatsenrijder

  • Schaatsenrijder - Het wordt gevonden op het oppervlak van stilstaand water, inclusief vijvers, meren en langzaamstromende rivieren. Het dieet van dit behendige dier bestaat uit insecten die op het oppervlak van het water vallen.

Gerelateerde items

Water (H₂O)

Water is een zeer stabiele verbinding van waterstof en zuurstof, onmisbaar voor alle bekende levensvormen. In de natuur komt het voor in vloeibare, vaste en...

Faseovergangen

Een faseovergang is de verandering van de ene aggregatietoestand van een stof naar de andere

Het branden van een kaars

Kaarsen worden al sinds de oudheid gebruikt voor verlichting.

Vegetatieve plantenorganen

Deze organen zijn van vitaal belang voor de overleving en ontwikkeling van planten.

Fotosynthese

Planten zijn in staat om organische suiker van anorganisch materiaal (kooldioxide en water) te maken.

Hoe werkt een haardroger?

De animatie toont een geeft fysieke verklaring voor de structuur en werking van de haardroger.

Transparantie

De animatie verklaart de fenomenen transparantie en opaciteit, het principe van röntgenonderzoek, en kleurfilters.

Added to your cart.