Kräfte zwischen Teilchen
Schlagwörter: Kräfte zwischen Teilchen, Molekül, Kohäsionskraft, Kohäsion, Adhäsionskraft, Adhäsion, Oberflächenspannung, Kapillarität
Zwischen den Teilchen wirken Kräfte. Dabei unterscheiden wir zwischen den Kraftwirkungen zwischen den Teilchen eines Stoffes – Kohäsionskraft und den Kraftwirkungen zwischen den Teilchen verschiedener Stoffe – Adhäsionskraft.
Kohäsionskraft
Unter der Kohäsionskraft verstehen wir die Anziehungskraft zwischen den Teilchen eines Stoffes.
Die Auswirkungen der Kohäsionskraft können wir z.B. am Rand einer Flüssigkeit in einem Reagenzglas beobachten.
►01a zeigt eine Flüssigkeit mit hoher Kohäsionskraft.
►01b geringere Kohäsionskraft
►01c Kohäsionskräfte und Adhäsionskräfte sind ungefähr gleich groß
►01d Hier sind die Adhäsionskräfte zwischen der Flüssigkeit und dem Glas höher als die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit.
Adhäsion
Unter der Adhäsionskraft verstehen wir die Anziehungskraft zwischen den Teilchen verschiedener Stoffe. Adhäsionskräfte sind dafür verantwortlich, das die Kreide an der Tafel hält, die Farbe auf der Wand oder die Tapete mit dem Kleister an der Decke. Hier treffen jeweils zwei verschiedene Stoffe aufeinander, die aneinander haften. Aber auch im Bild ►01d können wir Adhäsionskräfte beobachten. Zwischen der Flüssigkeit und dem Reagenzglas sind die Adhäsionskräfte größer, als die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit.
Kohäsions- und Adhäsionskräfte
Wenn ein Tropfen einer Flüssigkeit auf ein anderes Material trifft, dann gibt es verschiedene Möglichkeiten.
- Der Tropfen behält eine kugelähnliche Form ►02
- Der Tropfen benetzt das Material. ►03
Die Überlegungen dazu sprengen aber den Rahmen der Schulphysik. Weitere Betrachtungen dazu, auch mit verschiedenen Bildern, findet ihr hier.
Oberflächenspannung
Zwischen den Molekülen einer Flüssigkeit wirkten die Kohäsionskräfte. (schwarze Pfeile) Innerhalb der Flüssigkeit heben sich diese Kräfte zwischen den Molekülen gegenseitig auf. An der Grenzschicht der Flüssigkeit haben die Moleküle keine Nachbarn des gleichen Stoffs. Daher können sich die Kräfte nicht mehr gegenseitig aufheben. Mit der Kräfteaddition können wir die resultierende Kraft FR (roter Pfeil) konstruieren. Diese Kraft ist stets zum Inneren der Flüssigkeit gerichtet.
Da die Kraftwirkung nach innen gerichtet ist, strebt die Flüssigkeit die kleinstmögliche Oberfläche an. Dieses Verhalten nennt man Oberflächenspannung. Wenn keine anderen Kräfte wirken, dann ist der Körper mit der kleinstmöglichen Oberfläche die Kugel.
Im Weltall, wo keine Gravitationskräfte wirken, nimmt ein Wassertropfen die Kugelform an. Auf der Erde wirkt auf den fallenden Wassertropfen die Gravitationskraft. Daher hat der Tropfen seine spezielle Form.
An den Gefäßwänden wirken neben den Kohäsionskräften auch die Adhäsionskräfte. In Abhängigkeit vom Kräfteverhältnis kommt es zu verschiedenen Rändern. ►01
Weitere Beispiele für die Wirkung von Kohäsionskräften können wir beim „Wasserläufer“ oder dem Modell-Experiment „Rasierklinge auf Wasseroberfläche“ beobachten.
Wasserläufer
Wasserläufer gehören zur Gattung der Wanzen. Sie werden ca. 10mm bis 20mm lang. Ihre Körperbau und speziell ihr Beine sind an den Lebensraum auf der Wasseroberfläche angepasst. Dabei nutzen die Wasserläufer die Oberflächenspannung des Wassers aus. Im Bild ►04 ist gut zu erkennen, wie sich die Wasseroberfläche an den Stellen, an denen die Beine auf das Wasser treffen, wölbt.
Rasierklinge auf Wasseroberfläche
Die Rasierklinge ist aus Stahl. Sie ist massiv und hat somit eine größere Dichte als Wasser. Nach unseren Erfahrungen zum Auftrieb müsste die Rasierklinge untergehen. Die Rasierklinge schwimmt auf der Wasseroberfläche. ►xx a Der Grund dafür ist die Oberflächenspannung des Wassers.
Die Oberflächenspannung von Leitungswasser ist so groß, dass eine Rasierklinge darauf schwimmt.
Erst wenn wir etwas Spülmittel in das Wasser gießen ►xxb geht die Rasierklinge unter.
Spülmittel macht das Wasser „weicher“, d.h. die Oberflächenspannung wird verkleinert. Dieser Effekt wird auch beim Abwaschen genutzt.
Weitere Infos zur Oberflächenspannung und ähnlichen Effekten findet ihr hier.
Kapillarität
Kapillarität beschreibt die Eigenschaft von Flüssigleiten, in engen Röhren selbständig aufzusteigen.
Dabei steigt die Flüssigkeit „scheinbar gegen die Gewichtskraft“. Es müssen also weitere Kräfte wirken, damit die Flüssigkeit in den engen Röhren steigt. Die Ursachen für die Kapillarität sind die Kohäsions- und Adhäsionskräfte.
Kapillarität in der Umwelt
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