Flüssigkeitstropfens

Flüssigkeitstropfens ist der deutsche Begriff für einen kleinen Tropfen einer Flüssigkeit, der durch Oberflächenspannung geformt wird. Typisch handelt es sich um Tropfen, die entweder in der Luft schweben oder auf einer Oberfläche haften. In Fachtexten wird oft der Begriff Flüssigkeitstropfen verwendet; die Formulierung Flüssigkeitstropfens entspricht dem Genitiv des Tropfennamens.

Physikalische Grundlagen: Die Geometrie eines Tropfens wird von Oberflächenspannung, Gravitation und der Wechselwirkung mit der Unterlage bestimmt. Die interne Druckdifferenz folgt der Young-Laplace-Gleichung Δp = γ(1/R1 + 1/R2), wobei γ die Oberflächenspannung und R1, R2 die Hauptkrümmungsradien sind. Auf festem Untergrund entsteht ein sessiler Tropfen mit einem Kontaktwinkel θ, der die Benetzbarkeit der Oberfläche charakterisiert. Verdunstung, Marangoni-Strömungen durch Temperatur- oder Konzentrationsunterschiede sowie Umgebungsbedingungen beeinflussen zusätzlich Form und interne Strömung.

Bildung und Dynamik: Tropfen können durch Zerstäubung, Tropfenabwurf oder Tropfenausstoß aus Düsen entstehen. In der Mikrofluidik werden Tropfen gezielt durch Flussfokussierung oder T-Junction-Mechanismen erzeugt. Beim Abheben oder Zerreißen von Strömungen zeigt sich typischerweise einen Kantengeometrie-abhängigen Tropfenpfad, Koaleszenz mit benachbarten Tropfen oder Abschnitte von Jet-Breakup.

Anwendungen und Messung: Flüssigkeitstropfen spielen eine zentrale Rolle in Druck- und Beschichtungsverfahren, Tintenstrahl-Druck, Düngung von Pflanzen, Aerosol- und Sprühtechnologien sowie in Lab-on-a-Chip-Systemen. Messmethoden umfassen Hochgeschwindigkeitskameras, Interferometrie und numerische Simulationen auf Basis der Navier-Stokes-Gleichungen mit Oberflächenspannung.

Siehe auch: Tropfenbildung, Benetzung, Mikrofluidik.

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