Oberflächenspannung und Kapillarität – Praktikum mit Messmikroskop

Was sie zeigt

Eine Flüssigkeitsoberfläche verhält sich wie eine gespannte Haut: Entlang jeder Linie zieht die Oberflächenspannung γ mit einer Kraft von γ pro Meter. In einem engen Glasröhrchen trifft die Oberfläche unter dem Kontaktwinkel θ auf die Wand, und die Flüssigkeit steigt (θ < 90°, Wasser) oder sinkt (θ > 90°, Quecksilber), bis h = 2γcosθ/(ρgr). Eine gekrümmte Oberfläche erhöht außerdem den Druck im Inneren um 2γ/r, bei einer Seifenhaut mit zwei Oberflächen um 4γ/r. Erwärmen und Tenside senken γ. Das Modell vernachlässigt das Volumen des Meniskus und den Auftrieb der Nadel.

So funktioniert es

Verschieben Sie in Kapillaranstieg (Praktikum) das Mikroskop mit Mikroskop – waagerechte Skala x und Mikroskop – senkrechte Skala y oder tippen Sie auf das Becherglas. Stellen Sie das Fadenkreuz auf jede Kante und klicken Sie für die vier Schritte auf Ablesen; jedes Röhrchen ergibt eine Tabellenzeile. Ändern Sie Flüssigkeit, Temperatur T und Spülmittelkonzentration c und vergleichen Sie. Die anderen Reiter behandeln Tropfen, Blasen und eine schwimmende Nadel.

Einstellbare Parameter

• Ansicht Kapillaranstieg (Praktikum), Tropfen und Blasen, Schwimmende Nadel
• Flüssigkeit Wasser, Ethanol, Quecksilber
• Temperatur 0–80 °C
• Spülmittelkonzentration 0–10 mmol/L
• Gekrümmte Oberfläche Flüssigkeitstropfen, Luftblase in Flüssigkeit, Seifenblase
• Radius des Tropfens oder der Blase 0,1–50 mm
• Nadeldurchmesser 0,2–2 mm

Fragen zum Erkunden

1. Warum steigt Wasser in einem engeren Röhrchen höher, während Quecksilber absinkt?
2. Wie verändert Spülmittel den Kapillaranstieg, und warum?
3. Warum ist der Überdruck in einer Seifenblase doppelt so groß wie in einem gleich großen Tropfen?