Nøkkelforskjell – overflatespenning vs kapillærvirkning
Overflatespenning og kapillærvirkning er fysiske egenskaper til flytende stoffer. De er makroskopiske egenskaper til væsker. Hovedforskjellen mellom overflatespenning og kapillærvirkning er at overflatespenning måles som kraften som påføres en viss lengde av væsken gitt av enheten N/m (Newton per meter), mens kapillærvirkning måles som høyden på væskekolonnen som trekkes oppover, mot tyngdekraften gitt av enheten m (meter).
Hva er overflatespenning?
Overflatespenning er et fenomen der overflaten til en væske, der væsken er i kontakt med gassen, fungerer som en tynn elastisk plate. Begrepet overflatespenning brukes bare når væsken er i kontakt med en gass (f.eks. når den åpnes til normal atmosfære). Begrepet "grensesnittspenning" brukes for laget mellom to væsker.
Traksjoner mellom ulike kjemiske arter gjør at væskemolekylene forenes. Væskemolekylene i væskens overflate tiltrekkes av molekylene i midten av væsken. Dette er en type samhørighet. Men tiltrekningen mellom flytende molekyler og luftmolekyler (eller klebekreftene) er ubetydelig. Derfor fungerer dette overflatelaget av væskemolekyler som en elastisk membran. Overflatelaget av flytende molekyler er under spenning fordi det ikke er nok tiltrekningskrefter til å balansere de kohesive kreftene som virker på dem, og derfor kalles denne tilstanden overflatespenning.
Figur 01: Tiltrekningskreftene på flytende molekyler i væskens overflate
Formel for beregning av overflatespenning
Overflatespenning (γ)=F/d
Her er F overflatekraften og d er lengden som overflatekraften virker på. Derfor er måling av overflatespenning gitt av enheten N/m (Newton per meter). Det er SI-enheten for måling av overflatespenning.
Hva er kapillærvirkning?
Kapillærvirkning er en væskes evne til å strømme i trange rom uten hjelp av, eller i motsetning til, ytre krefter som tyngdekraften. Det kan observeres som væske som trekker gjennom et kapillarrør i retning oppover.
Kapillærvirkningen oppstår på grunn av de intermolekylære kreftene mellom væskemolekyler og overflaten av kapillærrøret. Derfor oppstår det på grunn av adhesjonskrefter. Når diameteren på røret er tilstrekkelig liten, stiger væsken gjennom røret på grunn av både klebe- og kohesive krefter. Kohesive krefter (tiltrekningskrefter mellom like molekyler) gjør at molekylene trekkes oppover.
Når et kapillærrør legges i en væske, dannes det en menisk ved kanten av røret. Deretter, på grunn av adhesjonskrefter mellom væskemolekyler og veggen av røret, trekkes væsken opp til gravitasjonskraften virker på den væskemengden som er nok til å overvinne adhesivkraften. Deretter trekkes væskemolekylene opp på grunn av kohesjon.
Figur 02: Kapillærvirkning – en modell
Kapillærvirkning er vanlig blant planter. Xylemkar er kapillærrør som kan trekke vann med oppløste næringsstoffer oppover. Dette oppfyller kravet til vann og næringsstoffer fra greiner og blader til store planter.
Hva er forholdet mellom overflatespenning og kapillærvirkning?
Kapillærvirkningen skaper en væskesøyle i et kapillærrør. Høyden på væskekolonnen kan bestemmes av ligningen gitt nedenfor.
Formel for beregning av høyden på væskekolonnen
h=2γcosθ / ρgr
I dette,
- h er høyden på væskekolonnen,
- γ er overflatespenningen til væsken (enheten er N/m),
- θ er kontaktvinkelen mellom væsken og veggen i røret,
- ρ er tettheten til væsken, g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften (enheten er Kg/m3),
- r er radiusen til røret (m).
Hva er forskjellen mellom overflatespenning og kapillærvirkning?
Overflatespenning vs. kapillærvirkning |
|
| Overflatespenning er et fenomen der overflaten til en væske, der væsken er i kontakt med gassen, virker som et tynt elastisk ark. | Kapillærvirkning er en væskes evne til å strømme i trange rom uten hjelp fra, eller til og med i motsetning til, ytre krefter som tyngdekraften. |
| Teori | |
| Overflatespenning er kraften på overflaten av en væske utsatt for luft. | Kapillærvirkning er flyten av en væske mot en ekstern kraft uten hjelp. |
| Measurement | |
| Overflatespenning måles som kraften som påføres en viss lengde av væsken gitt av enheten N/m (Newton per meter). | Kapillærvirkning måles som høyden på væskesøylen som trekkes oppover, mot tyngdekraften gitt av enheten m (meter). |
Sammendrag – Overflatespenning vs kapillærvirkning
Overflatespenning og kapillærvirkning er to typer mikroskopiske egenskaper til væsker. Forskjellen mellom overflatespenning og kapillærvirkning er at overflatespenning måles som kraften påført på en viss lengde av væsken gitt av enheten N/m (Newton per meter), mens kapillærvirkning måles som høyden på væskekolonnen som trekkes oppover, mot tyngdekraften gitt av enheten m (meter).
