Lexikonfrage 214, Was bedeutet der Begriff „Oberflächenspannung“ ?

  • In einer Flüssigkeit, nehmen wir mal Wasser, sind alle Moleküle von gleichartigen umgeben und kuscheln miteinander, weil sie enge Anziehungskräfte untereinander besitzen. Jedes Teilchen (Molekül) hat gleichzeitig Beziehungen zu mehreren Freunden. Nur die Moleküle an den Außenflächen haben Pech: Sie müssen auf der Außenseite der flüssigen Phase mit Fremden zufrieden sein. Die sind in der Regel anders gebaut und pflegen andere Kräfte untereinander. Wenn es sich auch noch um Luft (oder ein anderes Gas) handelt, sind die Fremden auch noch kaum anzutreffen, weil gasförmige Phasen etwa 1000 mal weniger Teilchen pro Volumen haben als kondensierte. Jedes Randteilchen versucht deshalb, wieder ins Innere zu gelangen.


    Wenn keine anderen Kräfte wirken (Gravitation usw.), wird ein Wassertropfen also eine Form annehmen, die eine möglichst kleine Oberfläche besitzt, die Kugelform.

    In der Physik bedeutet gemütlich, möglichst wenig Energie für einen Zustand zu brauchen. Wenn wir einen Tropfen platt quetschen, müssen wir Energie aufwenden. Das ist z. B. der Fall, wenn wir ihn auf einer Offsetplatte flach verteilen wollen (spreiten). Wenn es sich nicht um eine vorgefeuchtete bildfreie Stelle handelt, kriecht er immer wieder zusammen und perlt ab.


    Die Energie, die nötig ist, einen cm² Wasseroberfläche zu bilden, kann man messen. Sie wird als spezifische Oberflächenenergie bezeichnet. Spezifisch bedeutet hier, pro cm² gemessen. Der Begriff ist praktisch, weil er bei gegebener Temperatur einen eigenen Wert für jede Flüssigkeit gibt. So hat z. B.reines Wasser 80 dyn*cm/cm².

    Diesen Bruch kann man kürzen zu 80 dyn/cm. Damit machen wir aus einer Einheit für Energie pro Fläche eine für Kraft pro Länge, also eine Spannung. Durch so eine reine Formalität kommt das Ding zum Namen "Oberflächenspannung".