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DD: Fachverband Didaktik der Physik
DD 32: Praktika III (didaktische Aspekte)
DD 32.3: Talk
Thursday, March 29, 2007, 11:40–12:00, M 103
Oberflächenspannung: Ein neuer Erklärungsansatz — •Michael Plomer und Karsten Jessen — Ludwig-Maximilians-Universität München, Department für Physik, Praktika, Schellingstr. 4, D-80799 München
In den physikalischen Grundpraktika ist z.B. die Lamellen-Abreißmethode sehr verbreitet, um die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit experimentell zu bestimmen.
Für das Entstehen der Oberflächenspannung findet sich in allen gängigen
Lehrbüchern die gleiche Erklärung. Dabei wird aus der Tatsache, dass
einem Oberflächenmolekül die Hälfte seiner Nachbarmoleküle fehlt,
eine ins Innere der Flüssigkeit gerichtete resultierende Kraft
Fres gefolgert. Allerdings kann die zu einer
Oberflächenvergrößerung notwendige Kraft F nur schlecht anhand
dieses Modells erklärt werden, da diese tangential zur Oberfläche wirkt
und senkrecht auf Fres steht.
Die eigentliche Ursache für das Entstehen der Oberflächenspannung,
nämlich die geringere Dichte der oberflächennahen Schichten in der
Flüssigkeit, wird in diesem Modell nicht berücksichtigt [1].
In einer Versuchsanleitung im physikalischen Grundpraktikum für Biologen an der LMU wurde der sachlich korrekte Erklärungsansatz anschaulich formuliert. Das skizzierte molekulare Bild von Flüssigkeiten ist ohne Vorkenntnisse verständlich, vermeidet den Begriff der spezifischen Oberflächenenergie und eignet sich ferner zur Illustration des Newtonschen Reibungsgesetztes.
[1]: Bergmann-Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik Band 1, (de Gruyter Berlin - New York, 1998, 11. Auflage), S.444ff