Ytspänning

Ytspänning, eller ytspänning, är den kraft per längden som verkar vid gränsytan mellan två olika faser, oftast mellan en vätska och en gas. Den gör att vätskans yta uppträder som ett uppspänt membran. Ytspänningen mäts i enheten newton per meter (N/m) och betecknas ofta med γ.

Den uppstår främst genom de intermolekylära krafterna mellan vätskans molekyler. Molekylerna vid ytan saknar vätskgränskrafter på ena sidan och upplever därför en obalans som ger energi som krävs för att öka ytan. Ytspänningen beror av temperatur och av vilka ämnen som finns i vätskan; generellt minskar γ med ökande temperatur.

Young-Laplace-ekvationen kopplar ytspänningen till tryckskillnader över en gräns och används för att beskriva kapslande ytor. ΔP = γ(1/R1 + 1/R2) där R1 och R2 är huvudradierna. Kapillär uppstigande i ett rör följer h = 2 γ cos θ /(ρ g r), där θ är kontaktvinkeln, ρ är densitet, g är gravitationen och r är rördiametern.

Mätningar av ytspänning görs med till exempel Wilhelmy plate, Du Noüy-ringen eller pendant-drop-metoder. Begreppet dynamisk ytspänning beskriver hur γ ändras när ytan utsätts för snabba förändringar, medan statisk ytspänning är värdet vid jämn tillstånd. Ytaktiva ämnen kan sänka γ avsevärt genom att de ordnar sig vid ytan.

Ytspänning har stor betydelse inom teknik och vardag: i målning och beläggningar, bläckstråleutskrift, emulsioner, skum och vätskan som vätskar genom småporösa material. Fenomen som droppbildning, kapillär uppsugning i smala rör och filmer beror på ytspänningen.