Overflatespenningen

Overflatespenningen er den kohesjonskraften som virker ved overflaten av en væske og får denne overflaten til å oppføre seg som en elastisk, strukket hinne. Den oppstår fordi molekylene ved grenseflaten har færre tiltrekkende krefter enn molekylene i vekten under, noe som fører til at systemet arbeider for å minimere overflatearealet. Overflatespenningen gjør at små vannkvelder blir formbare og at væsken motstår utbredelse av ny overflate.

Enheten for overflatespenning i SI er Newton per meter (N/m). Typiske verdier varierer mellom væsker og avhenger av temperatur. Vann ved ca. 20 °C har omtrent 72,8 mN/m, etanol omtrent 22,3 mN/m, og kvikksølv ca. 0,484 N/m. Generelt synker overflatespenningen når temperaturen øker. Forurensninger og tilsetningsstoffer som overflateaktive stoffer (såpe, skjell) reduserer ofte overflatespenningen betydelig og endrer væskens oppførsel ved grenseflaten.

Overflatespenningen påvirkes av flere faktorer. Temperaturøkning senker vanligvis γ; tilsetninger som målelige dopende stoffer kan enten senke eller øke overflatespenningen avhengig av deres natur. Grenseflater mellom to immiscible væsker har grenseflatens spenning (interfacial tension), som ofte er lavere enn mengden av hver væske i seg selv og som også påvirkes av temperaturen og urenheter.

Teorien bak overflatespenningen inkluderer Young-Laplace-ligningen, som knytter trykkforskjell over en kurvet grense til γ og kurvaturen (Δp = γ(1/R1 + 1/R2)). Kapillæraksjon beskrives av formelen h = 2γ cos θ /(ρ g r), som viser hvordan væsken stiger i en tynn kapillærrør avhengig av γ, kontaktvinkelen θ, tetthet ρ, gravitasjon g og r.

Praktiske anvendelser omfatter kapillær opptak i planter, blekk- og maleteknikker, emulsjoner og skuming, rengjøring og sprøytemidler, der kontroll av overflatespenningen påvirker blandbarhet, flyt og spredeevne.