Verschil tussen oppervlaktespanning en oppervlakteenergie

Belangrijkste verschil - Oppervlaktespanning versus oppervlakteenergie

Oppervlaktespanning en oppervlakte-energie zijn metingen van intermoleculaire krachten die een materiaal vormen. Door deze intermoleculaire krachten wordt altijd een vloeistofoppervlak naar binnen getrokken. Als iemand het oppervlak wil strekken, moet er werk worden verzet om de intermoleculaire krachten te overwinnen. De spanning op het oppervlak van een vloeistof en de hoeveelheid werk die nodig is om dat oppervlak uit te rekken, kunnen worden gemeten: deze metingen komen overeen met de oppervlaktespanning en de oppervlakte-energie. De grootste verschil tussen oppervlaktespanning en oppervlakte-energie is dat oppervlaktespanning meet de kracht per lengte-eenheid van het oppervlak terwijl oppervlakte-energie meet de hoeveelheid werk die per oppervlakte-eenheid moet worden gedaan om deze uit te rekken.

Wat is oppervlaktespanning

Overweeg een vloeistofmonster in een container. De vloeistof wordt bij elkaar gehouden door de cohesieve intermoleculaire krachten tussen de moleculen waaruit de vloeistof bestaat. Een molecuul in de container wordt in alle richtingen getrokken door de andere moleculen eromheen. Als je echter moleculen beschouwt aan de bovenkant, trekken de moleculen eronder nog steeds naar beneden, maar er zijn geen vloeibare moleculen boven hen om ze naar boven te trekken. Dit betekent dat er een netto neerwaartse kracht op deze moleculen is. Dientengevolge wordt het gehele oppervlak van de vloeistof naar binnen getrokken. Het is deze binnenwaartse kracht op het oppervlak die ervoor zorgt dat vloeistoffen ongeveer bolvormige druppels vormen als ze vrij zijn.

Moleculen op het oppervlak van een vloeistof worden van onderaf blootgesteld aan cohesiekrachten. Hierdoor worden vloeistofoppervlakken naar binnen getrokken.

Oppervlaktespanning zorgt ervoor dat water ongeveer bolvormige druppels vormt.

Het oppervlak van de vloeistof werkt als een membraan onder spanning. Oppervlaktespanning  kan worden gekwantificeerd als de kracht acteren per lengte-eenheid  van het oppervlak:

Hier de kracht werkt parallel aan het vloeistofoppervlak en  is de lengte waarover de kracht werkt. Stel je bijvoorbeeld voor dat je een film van vloeistof trekt en deze uitrekt. Dit wordt getoond in het onderstaande schema:

Oppervlaktespanning op een film van vloeistof

Hier de kracht  trekt op het membraan weergegeven in donkerblauw, rekken de vloeibare film. Aangezien er zijn twee oppervlakken in de film (boven- en onderkant) is de totale lengte . Dit betekent dat voor deze film,

Wat is Surface Energy

Vanwege de intermoleculaire krachten tussen moleculen, moet er op een oppervlak worden gewerkt om het uit te rekken. Het oppervlak krijgt een hoeveelheid energie die gelijk is aan het werk dat aan het oppervlak is gedaan. Oppervlakteenergie verwijst naar de hoeveelheid energie die per oppervlakte-eenheid nodig is om deze uit te rekken. Voor de bovenstaande film van vloeistof, veronderstel dat het membraan over een afstand wordt getrokken . Dan is het werk gedaan . De toename van het oppervlak van het oppervlak wordt gegeven door . Dus de oppervlakte-energie is gegeven door:

Verschil tussen oppervlaktespanning en oppervlakteenergie

Wat het meet

Oppervlaktespanning meet de uitgeoefende kracht parallel aan een oppervlak toegepast per lengte-eenheid.

Oppervlakteenergie meet de energie die per oppervlakte-eenheid nodig is om een ​​nieuw oppervlak te creëren.

Afbeelding Met dank

"Wasser in Tropfen und an der Phasengrenze" door gebruiker: Booyabazooka (eigen werk) [Public Domain], via Wikimedia Commons

"Dit diagram illustreert de kracht die nodig is om het oppervlak te vergroten ..." door Rudolf.hellmuth (Eigen werk) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons (gewijzigd)

"Waterdruppels op lotusblad" door aotaro (Eigen werk) [CC BY 2.0], via flickr