Oberflächenspannungs-Umrechner
Rechnen Sie Oberflächenspannung zwischen N/m, dyne/cm, mN/m und kg/s² um. Geben Sie einen Wert ein und wählen Sie dann die Ausgangs- und Zieleinheit.
Oberflächenspannung zwischen Einheiten umrechnen
Formel für die Oberflächenspannung
Wobei gilt:
- \(\gamma_{\mathrm{from}}\) — die eingegebene Oberflächenspannung in der Ausgangseinheit
- \(\gamma_{\mathrm{to}}\) — die umgerechnete Oberflächenspannung in der Zieleinheit
- \(f_{\mathrm{from}}\) und \(f_{\mathrm{to}}\) — die Anzahl an N/m in einer Ausgangseinheit bzw. einer Zieleinheit
Der Umrechner drückt den Wert zunächst in N/m aus und dividiert ihn dann durch den Faktor der Zieleinheit. Die Faktoren sind 1 für N/m und kg/s² sowie 0,001 für dyne/cm und mN/m.
Oberflächenspannung – Rechenbeispiel
Beispiel: Rechnen Sie den Standardwert des Rechners von 0,072 N/m in dyne/cm um.
\[ 0.072\,\mathrm{N/m}\times\frac{1}{0.001}=72\,\mathrm{dyne/cm} \]
Ergebnis: 0,072 N/m entsprechen 72 dyne/cm.
So verwenden Sie den Rechner
- Geben Sie im Feld Oberflächenspannung eine nichtnegative Zahl ein. Geben Sie nur die Zahl ein; die Einheit wählen Sie separat aus.
- Wählen Sie unter Von-Einheit die Einheit dieser Zahl.
- Wählen Sie unter Nach-Einheit die gewünschte Einheit. In beiden Menüs können Sie N/m, dyne/cm, mN/m oder kg/s² auswählen.
- Lesen Sie das Feld Umgerechnete Oberflächenspannung ab. Das Ergebnis enthält die ausgewählte Zieleinheit.
Die Standardeinstellungen rechnen 0,072 N/m in 72 dyne/cm um. Um eine Umrechnung in die Gegenrichtung zu überprüfen, tauschen Sie die beiden Einheitauswahlen und geben Sie das Ergebnis als neuen Ausgangswert ein.
Was Oberflächenspannung bedeutet
Die Oberflächenspannung beschreibt die Kraft, die mit einer Flüssigkeitsoberfläche pro Längeneinheit entlang dieser Oberfläche verbunden ist. Sie wird oft als \(\gamma\) geschrieben. Moleküle an einer Flüssigkeits-Gas-Grenzfläche erleben ein anderes Gleichgewicht der Wechselwirkungen als Moleküle im Inneren der Flüssigkeit. Dadurch kostet das Erzeugen zusätzlicher Oberfläche Energie, und eine freie Flüssigkeitsoberfläche neigt dazu, ihre Fläche zu verkleinern, wenn andere Kräfte dies zulassen.
Die Oberflächenspannung hilft zu erklären, warum kleine Tropfen dazu neigen, rund zu werden, und warum manche Flüssigkeiten eine Oberfläche besser benetzen als andere. Sie spielt eine Rolle bei der Kapillarwirkung, bei Beschichtungen, beim Tintenstrahldrucken, bei Waschmitteln und bei der Tropfenbildung. Ein höherer Wert bedeutet eine größere Tendenz, einer Vergrößerung der Oberfläche zu widerstehen, bestimmt aber für sich allein noch nicht das Verhalten einer Flüssigkeit: Auch Gravitation, Viskosität, das umgebende Fluid und die Wechselwirkungen mit einer festen Oberfläche können eine Rolle spielen.
Dieser Rechner ändert die Zahleneinheit, nicht die physikalische Oberflächenspannung. Beispielsweise stellen 72 dyne/cm und 72 mN/m denselben Wert dar. Wenn Sie auch mit den Kräften arbeiten, die auf eine Flüssigkeitsgrenzfläche wirken, kann der Kraft-Umrechner helfen, diese Einheiten konsistent zu halten. Bei Problemen mit einer gekrümmten Flüssigkeitsgrenzfläche kann es zusätzlich nötig sein, einen separat berechneten Druck mit dem Druck-Umrechner umzurechnen.
Einheitenbeziehungen und praktische Grenzen
Alle vier Auswahlmöglichkeiten drücken dieselbe physikalische Größe aus. Die Tabelle zeigt, wie viel eine Einheit in N/m wert ist; N/m ist die Grundeinheit dieses Rechners.
| Einheit | Entsprechung in N/m |
|---|---|
| 1 N/m | 1 N/m |
| 1 dyne/cm | 0,001 N/m |
| 1 mN/m | 0,001 N/m |
| 1 kg/s² | 1 N/m |
Daher gilt: 1 N/m = 1.000 dyne/cm = 1.000 mN/m = 1 kg/s². Ein Dyn entspricht \(10^{-5}\) Newton und ein Zentimeter \(10^{-2}\) Metern, also entspricht 1 dyne/cm \(10^{-3}\) N/m. Da außerdem 1 Newton gleich 1 kg·m/s² ist, ergibt die Division durch einen Meter 1 N/m = 1 kg/s². Anders als im früheren Seitentext ist erg/cm² hier keine auswählbare Einheit.
Verwenden Sie einen Messwert, der zur Flüssigkeit, ihrer Temperatur und der betreffenden Grenzfläche passt. Werte für eine Flüssigkeit gegenüber Luft können sich von Werten an einer Grenzfläche zwischen zwei Flüssigkeiten unterscheiden, die oft als Grenzflächenspannung bezeichnet wird. Auch ein Tensid oder eine Verunreinigung kann einen Messwert verändern. Die Einheitenumrechnung kann diese Bedingungen nicht berücksichtigen oder eine unsichere Messung korrigieren.
Der Rechner akzeptiert nichtnegative Eingaben und zeigt die umgerechnete Zahl auf acht Dezimalstellen gerundet an. Ein sehr kleines Ergebnis ungleich null kann daher als null erscheinen; bewahren Sie bei hochpräzisen Arbeiten die Originalmessung auf und wenden Sie die Einheitenfaktoren direkt an. Die Umrechnung von Einheiten fügt der zugrunde liegenden Messung auch keine signifikanten Stellen hinzu.
Häufig gestellte Fragen
Welche Oberflächenspannung hat Wasser typischerweise?
Reines Wasser gegenüber Luft hat bei 20 °C eine Oberflächenspannung von etwa 72,8 mN/m (72,8 dyne/cm). Es gibt keinen einzelnen „guten“ Wert für alle Flüssigkeiten: Ethanol liegt beispielsweise bei derselben Temperatur bei etwa 22 mN/m. Vergleichen Sie Messwerte nur, wenn Temperatur, Flüssigkeitszusammensetzung und angrenzendes Fluid bekannt sind.
Wie rechne ich erg/cm² in eine Einheit dieses Umrechners um?
Ein erg/cm² hat denselben Zahlenwert wie ein dyne/cm oder mN/m. Beispielsweise entsprechen 50 erg/cm² 50 dyne/cm; geben Sie also 50 ein und wählen Sie dyne/cm als Ausgangseinheit. Dies funktioniert, weil Oberflächenenergie pro Flächeneinheit und Oberflächenspannung äquivalente Dimensionen haben, auch wenn ihre Interpretation von der physikalischen Situation abhängt.
Warum kann Oberflächenspannung sowohl in N/m als auch in J/m² ausgedrückt werden?
Die Einheiten sind dimensionäquivalent: 1 J/m² entspricht 1 N/m, weil 1 Joule gleich 1 Newtonmeter ist. N/m beschreibt die Kraft pro Längeneinheit; J/m² beschreibt die Energie, die mit dem Erzeugen einer Flächeneinheit Oberfläche verbunden ist. Für eine einfache Flüssigkeitsgrenzfläche im Gleichgewicht liefern beide denselben Oberflächenspannungswert. J/m² ist in diesem Umrechner keine auswählbare Einheit.
Ändert sich die Oberflächenspannung mit der Temperatur?
Ja. Bei den meisten Flüssigkeiten sinkt die Oberflächenspannung mit steigender Temperatur; eine Einheitenumrechnung kann Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen daher nicht direkt vergleichbar machen. Achten Sie auf die Temperaturangabe neben einem Referenzwert. Nahe dem kritischen Punkt einer Flüssigkeit verschwindet der Unterschied zwischen Flüssigkeit und Dampf, und ihre Grenzflächenspannung geht gegen null.
Kann die Oberflächenspannung null oder negativ sein?
Null ist eine gültige Eingabe für die Umrechnung, aber eine gewöhnliche stabile Flüssigkeitsgrenzfläche hat im Allgemeinen eine positive Oberflächenspannung. Die Flüssigkeits-Dampf-Oberflächenspannung kann am kritischen Punkt gegen null gehen. Ein negativer Wert sollte Anlass geben, Quelle, Vorzeichenkonvention und Messmethode zu überprüfen; er ist keine typische Oberflächenspannung, die man als Betrag eingibt.
Wie kann ich die Oberflächenspannung aus dem Kapillaranstieg abschätzen?
Für eine Flüssigkeit, die in einem schmalen, gleichförmigen kreisförmigen Rohr bis zum Gleichgewicht steigt, gilt näherungsweise \(\gamma=\rho g r h/(2\cos\theta)\), wobei \(\rho\) die Flüssigkeitsdichte, \(r\) der Rohrradius, \(h\) die Steighöhe und \(\theta\) der Kontaktwinkel ist. Dies setzt ein sauberes Rohr und eine vernachlässigbare Dampfdichte voraus; verwenden Sie konsistente SI-Einheiten, bevor Sie das Ergebnis umrechnen.
Ist Oberflächenspannung dasselbe wie Viskosität oder Kontaktwinkel?
Nein. Die Oberflächenspannung betrifft den energetischen Aufwand für das Erzeugen einer Grenzfläche, während die Viskosität den Widerstand gegen Fließen beschreibt. Der Kontaktwinkel beschreibt, wie eine Flüssigkeit auf eine bestimmte feste Oberfläche trifft, und hängt von den Wechselwirkungen zwischen dem Festkörper, der Flüssigkeit und dem umgebenden Fluid ab. Die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit allein kann daher weder ihre Fließgeschwindigkeit vorhersagen noch ob sie sich über eine Oberfläche ausbreitet.