Nøgleforskel – overfladespænding vs kapillarvirkning
Overfladespænding og kapillærvirkning er fysiske egenskaber ved flydende stoffer. De er makroskopiske egenskaber af væsker. Den vigtigste forskel mellem overfladespænding og kapillærvirkning er, at overfladespænding måles som kraften påført på en vis længde af væsken givet af enheden N/m (Newton pr. meter), mens kapillærvirkning måles som højden af væskesøjlen der trækkes opad mod tyngdekraften givet af enheden m (meter).
Hvad er overfladespænding?
Overfladespænding er et fænomen, hvor overfladen af en væske, hvor væsken er i kontakt med gassen, virker som et tyndt elastisk lag. Udtrykket overfladespænding bruges kun, når væsken er i kontakt med en gas (f.eks. når den åbnes til den normale atmosfære). Udtrykket "grænsefladespænding" bruges til laget mellem to væsker.
Attraktioner mellem forskellige kemiske arter får væskemolekylerne til at forene sig. Væskemolekylerne i væskens overflade tiltrækkes af molekylerne i midten af væsken. Dette er en form for samhørighed. Men tiltrækningen mellem væskemolekyler og luftmolekyler (eller klæbekræfterne) er ubetydelig. Derfor fungerer dette overfladelag af flydende molekyler som en elastisk membran. Overfladelaget af flydende molekyler er under spænding, fordi der ikke er nok tiltrækningskræfter til at balancere de sammenhængende kræfter, der virker på dem, så denne tilstand kaldes overfladespænding.
Figur 01: Tiltrækningskræfterne på flydende molekyler i væskens overflade
Formel til beregning af overfladespænding
Overfladespænding (γ)=F/d
Her er F overfladekraften, og d er længden, langs hvilken overfladekraften virker på. Derfor er måling af overfladespænding givet ved enheden N/m (Newton pr. meter). Det er SI-enheden til måling af overfladespænding.
Hvad er kapillæraktion?
Kapillærvirkning er en væskes evne til at flyde i snævre rum uden hjælp fra eller i modsætning til eksterne kræfter som tyngdekraften. Det kan ses som væske, der trækker gennem et kapillarrør i opadgående retning.
Kapillærvirkningen opstår på grund af de intermolekylære kræfter mellem væskemolekyler og overfladen af kapillarrøret. Derfor opstår det på grund af adhæsionskræfter. Når diameteren af røret er tilstrækkelig lille, stiger væsken gennem røret på grund af både klæbe- og kohæsive kræfter. Kohæsive kræfter (tiltrækningskræfter mellem lignende molekyler) får molekylerne til at blive trukket opad.
Når et kapillarrør placeres i en væske, dannes en menisk ved kanten af røret. Derefter, på grund af adhæsionskræfter mellem væskemolekyler og rørets væg, trækkes væsken op, indtil tyngdekraften virker på den mængde væske, der er nok til at overvinde klæbekraften. Derefter trækkes væskemolekylerne op på grund af kohæsion.
Figur 02: Kapillærvirkning – en model
Kapillærvirkning er almindelig blandt planter. Xylemkar er kapillarrør, der kan trække vand med opløste næringsstoffer opad. Dette opfylder behovet for vand og næringsstoffer fra grene og blade fra store planter.
Hvad er forholdet mellem overfladespænding og kapillarvirkning?
Kapillærvirkningen skaber en væskesøjle i et kapillarrør. Højden af væskesøjlen kan bestemmes af ligningen nedenfor.
Formel til beregning af væskesøjlens højde
h=2γcosθ / ρgr
I dette,
- h er højden af væskesøjlen,
- γ er væskens overfladespænding (enheden er N/m),
- θ er kontaktvinklen mellem væsken og rørets væg,
- ρ er densiteten af væsken, g er accelerationen på grund af tyngdekraften (enheden er Kg/m3),
- r er radius af røret (m).
Hvad er forskellen mellem overfladespænding og kapillarvirkning?
Overfladespænding vs. kapillarvirkning |
|
| Overfladespænding er et fænomen, hvor overfladen af en væske, hvor væsken er i kontakt med gassen, virker som et tyndt elastisk lag. | Kapillærvirkning er en væskes evne til at strømme i snævre rum uden hjælp fra eller endda i modsætning til eksterne kræfter som tyngdekraften. |
| Teori | |
| Overfladespænding er kraften på overfladen af en væske udsat for luft. | Kapillærvirkning er en væskes strømning mod en ekstern kraft uden nogen form for assistance. |
| Measurement | |
| Overfladespænding måles som kraften påført en vis længde af væsken givet af enheden N/m (Newton pr. meter). | Kapillærvirkning måles som højden af væskesøjlen, der trækkes opad i forhold til tyngdekraften givet af enheden m (meter). |
Opsummering – Overfladespænding vs kapillarvirkning
Overfladespænding og kapillærvirkning er to typer af væskers mikroskopiske egenskaber. Forskellen mellem overfladespænding og kapillærvirkning er, at overfladespænding måles som kraften påført på en vis længde af væsken givet af enheden N/m (Newton pr. meter), mens kapillærvirkning måles som højden af væskesøjlen, der trækkes opad mod tyngdekraften givet af enheden m (meter).
