|
Sie sind hier: Startseite » Ausgewählte Arbeiten
Wie kann man sich die Oberflächenspannung von Wasser vorstellen? Die folgende Abbildung soll dies verdeutlichen:
Zwischen den im Wasser befindlichen Molekülen wirken Anziehungskräfte aus allen Richtungen (a). Sie addieren sich insgesamt zu null. An der Wasseroberfläche (b) sind diese Kräfte nicht ausgeglichen, weil keine Anziehungskräfte nach oben wirksam werden können: Es entsteht also eine gerichtete Kraft ins Flüssigkeitsinnere hinein.
|
Beispiel:
Durch die nach innen gerichtete Kraft der Moleküle in der obersten Schicht entsteht eine Art "Haut". Die ist so stabil, dass sogar ein Wasserläufer auf ihr laufen kann.
|
 |
Definition
Die Oberflächenspannung ist der Grund dafür, dass Wasser bestrebt ist, seine Oberfläche möglichst gering zu halten. So nehmen z.B. Regentropfen Kugelform an. Die Oberflächenspannung ist definiert als "Kraft pro Längeneinheit in der Oberfläche" und hat die Dimension "milli-Newton/Meter" (mN/m).
Einige Werte sind:
- organische Flüssigkeiten: 15-40 mN/m
- Wasser: 73 mN/m
- Quecksilber: 435 mN/m
Um die Oberflächenspannung herab zu setzen, benötigt man lediglich Spülmittel. Spülmittel bewirkt, dass die Oberflächenspannung zerstört wird. Die Moleküle der Seife oder des Spülmittels oder was auch immer ersetzen die Wassermoleküle an der Oberfläche, so dass die hohe Oberflächenspannung verloren geht.
Versuche
Mit den beiden folgenden Versuchen wollen wir die Oberflächenspannung des Wassers veranschaulichen und zeigen, wie man sie mit Hilfe von Spülmittel oder Seife beeinflussen kann.
1. Starkes Wasser, schwacher Alkohol
Wer kennt dies nicht? Nach dem Essen ein Fläschchen Magenbitter für die Verdauung ist für manchen etwas Feines, und er fließt auch ohne Probleme aus dem Behältnis hinaus. Versucht man das gleiche jedoch mit Wasser stellt man fest, dass es zu Schwierigkeiten kommt: Die Flüssigkeit will nicht so recht.
Frage????
Wieso entleert sich das Original-Fläschchen problemlos, das mit Wasser gefüllte aber nicht?
So funktioniert es!
Damit sich ein solches Fläschchen vollständig entleeren kann, muss Flüssigkeit ausströmen und Luft einströmen. Bei Flaschen mit großer Öffnung kann man dann das "Gluckern" gut beobachten. Das Magenbitterfläschchen hat aber eine so schmale Öffnung, dass der Austausch nicht so ohne weiteres geht.
Nun kommt der Aspekt der Oberflächenspannung ins Spiel: Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung laufen leicht heraus, solche mit hoher Oberflächenspannung nicht.
Die Oberflächenspannung bewirkt an der Flaschenöffnung eine Haut, die von der ausströmenden Flüssigkeit zu "durchbrechen" ist. Die Erdanziehungskraft "zieht" zwar an der Flüssigkeit, doch die Oberflächenspannung versucht, diese Haut stabil zu halten: Beim Wasser gelingt dies, bei dem Alkohol-Wasser-Gemisch (Magenbitter) jedoch nicht.
Der Trick mit dem Spülmittel!
Fügt man dem Wasser im Magenbitterfläschchen einige Tropfen Spülmittel hinzu, so wird die Oberflächenspannung reduziert, und das Wasser-Spülmittel-Gemisch kann auch aus der engen Öffnung ausfließen. Schon geringste Seifenmengen verringern die Oberflächenspannung des Wassers um bis zu 70%.
2. Bootsrennen mit Spannung
Als Rennboote dienen gewöhnliche Streichhölzer, die am hinteren Ende gespalten sind. Dort wird jeweils ein Stückchen Seife eingeklemmt: Fertig sind die Flitzer.
Frage????
Wie funktioniert der Seifenmotor?
So funktioniert es!
Der Antrieb für den Seifen-Motor wird durch den Wegfall der Oberflächenspannung des Wassers hervorgerufen. Taucht ein Boot (also unser präpariertes Streichholz) ins Wasser ein, wird es vom Wasser benetzt. Auch diese Moleküle erfahren aufgrund der Oberflächenspannung nur Kräfte, die nach unten gerichtet sind. Gleichzeitig "haften" sie aber auch am Boot und "ziehen" daran. Dies tun jedoch alle Wassermoleküle rund um das Streichholz. Und auch diese Kräfte ergeben insgesamt null, so dass sich ein Streichholz allein noch nicht bewegt. Das kleine Stück Seife bringt dieses Gleichgewicht aber durcheinander. Da sich die Seife nur am Ende der Boote befindet, wird auch zunächst nur dort die Oberflächenspannung reduziert. Dies führt dazu, dass die Wassermoleküle an der Rückseite des Bootes nicht mehr so stark ziehen können: Die vorne liegenden Wassermoleküle gewinnen die Oberhand. Es entsteht eine gerichtete Kraft nach vorne, und die Bötchen schippern voran.
Mit der Zeit verteilt sich die Seife im gesamten Wasser. Dann ist die Oberflächenspannung überall gleich stark, und es herrscht wieder ein Gleichgewicht aller am Boot ziehenden Kräfte: Das Rennen ist vorbei.
« zurück zur Übersicht "Phänomen Wasser"
« zurück zur Übersicht Projekte - Ausgewählte Arbeiten
Startseite |
Projekte |
Schirmherrschaft |
Sponsoren |
Impressum
|
