Forskjellen mellom overflatespenning og overflateenergi

Hovedforskjell - Overflatespenning mot overflateenergi

Overflatespenning og overflateenergi er målinger av intermolekylære krefter som utgjør et materiale. På grunn av disse intermolekylære kreftene blir en flytende overflate alltid trukket innover. Hvis man skal strekke overflaten, må det gjøres arbeid for å overvinne de intermolekylære kreftene. Spenningen på overflaten av en væske og mengden arbeid som trengs for å strekke den overflaten, kan måles: og disse målingene samsvarer med overflatespenningen og overflatenergien. De hovedforskjell mellom overflatespenning og overflateenergi er det overflatespenning måler kraften per enhetens lengde på overflaten samtidig som overflateenergi måler mengden arbeid som må gjøres per område for å strekke den.

Hva er overflatespenning

Tenk på en prøve av væske i en beholder. Væsken holdes sammen av de sammenhengende intermolekylære kreftene mellom molekylene som utgjør væsken. Et molekyl inne i beholderen blir trukket i alle retninger av de andre molekylene som omgir den. Men hvis du vurderer molekyler på toppflaten, er molekylene under dem fortsatt å trekke dem ned, men det er ingen flytende molekyler over dem for å trekke dem oppover. Dette betyr at det er en netto nedadgående kraft på disse molekylene. Som et resultat blir hele overflaten av væsken trukket innover. Det er denne innadvendte kraften på overflatene som får væsker til å danne omtrent sfæriske dråper når de er frie.

Molekyler på overflaten av en væske blir utsatt for kohesive krefter under dem. Dette gjør at væskeflater trekkes innover.

Overflatespenning fører til at vann dannes grovt sfæriske dråper.

Væskens overflate virker som en membran under spenning. Overflatespenning  kan kvantifiseres som kraften agerer per lengde av enheten  av overflaten:

Her, kraften fungerer parallelt med væskeoverflaten og  er lengden over hvilken kraften virker. For eksempel, tenk å trekke en film av væske og strekke den. Dette er vist i diagrammet nedenfor:

Overflatespenning på en væskefilm

Her, kraften  trekker på membranen vist i mørk blå, strekker væskefilmen. Siden det er to flater i filmen (topp og bunnflater), er den totale lengden . Dette betyr at for denne filmen,

Hva er overflateenergi

På grunn av de intermolekylære kreftene mellom molekyler, må arbeidet gjøres på overflaten for å strekke det. Overflaten får en mengde energi som tilsvarer arbeidet som ble gjort på overflaten. Overflateenergi refererer til mengden energi som kreves per enhetsareal for å strekke den. For film av væske over, anta at membranen trekkes gjennom en avstand . Deretter er arbeidet gjort . Økningen i overflaten er gitt av . Så overflatenergien er gitt av:

Forskjellen mellom overflatespenning og overflateenergi

Hva det måler

Overflatespenning måler kraften påført parallelt med en overflate påført per lengde av enheten.

Overflateenergi måler energien som kreves per enhetsareal for å skape en ny overflate.

Bilde Courtesy

"Wasser in Tropfen und an der Phasengrenze" av Bruker: Booyabazooka (eget arbeid) [Public Domain], via Wikimedia Commons

"Dette diagrammet illustrerer kraften som er nødvendig for å øke overflaten ..." av Rudolf.hellmuth (eget arbeid) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons (Modified)

"Vanndråper på lotusblad" av aotaro (eget arbeid) [CC BY 2.0], via flickr