Der Kontaktwinkelrechner ist ein Werkzeug zur Messung der Benetzbarkeit einer Oberfläche durch eine Flüssigkeit. Er bestimmt den Winkel, der an der Schnittstelle zwischen flüssigen, festen und Dampfphasen entsteht. Dieser Kontaktwinkel hilft bei der Beurteilung der Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche und liefert wertvolle Erkenntnisse in Bereichen wie Materialwissenschaft, Oberflächentechnik und Strömungsdynamik. Ein kleinerer Kontaktwinkel weist auf eine bessere Benetzbarkeit hin, während ein größerer Winkel eine schlechtere Benetzbarkeit bedeutet.
Formel des Kontaktwinkelrechners
Der Kontaktwinkel wird nach folgender Formel berechnet:
Kontaktwinkel (θ) = arccos((γ_sv – γ_sl) / γ_lv)
Detaillierte Formelkomponenten
- γ_sv (Oberflächenspannung zwischen Feststoff und Dampf): Die Oberflächenenergie an der Grenzfläche zwischen dem Feststoff und dem umgebenden Dampf.
- γ_sl (Oberflächenspannung zwischen Feststoff und Flüssigkeit): Die Oberflächenenergie an der Grenzfläche zwischen Feststoff und Flüssigkeit.
- γ_lv (Oberflächenspannung zwischen Flüssigkeit und Dampf): Die Oberflächenenergie an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem umgebenden Dampf.
- θ (Kontaktwinkel): Der Winkel, der an der Schnittstelle zwischen der flüssigen, festen und Dampfphase entsteht, wird normalerweise in Grad angegeben.
Annahmen
- Das System befindet sich im thermodynamischen Gleichgewicht.
- Die Oberfläche ist homogen und isotrop.
- Es treten keine äußeren Kräfte, wie etwa die Schwerkraft, auf, die den Flüssigkeitstropfen wesentlich verzerren.
Tabelle mit allgemeinen Begriffen
Hier ist eine Referenztabelle mit typischen Oberflächenspannungswerten für gängige Substanzen:
| Substanz | γ_lv (mN/m) | Typischer Kontaktwinkel auf fester Oberfläche (°) |
|---|---|---|
| nutzung von | 72.8 | ~0 (superhydrophil) bis 150 (superhydrophob) |
| Ethanol | 22.1 | 10-30 |
| Glycerin | 63.4 | 30-60 |
| Quecksilber | 485 | ~ 140 |
Diese Tabelle bietet einen schnellen Überblick über Oberflächenspannungswerte und erwartete Kontaktwinkel und erleichtert die Interpretation der Ergebnisse.
Beispiel eines Kontaktwinkelrechners
Berechnen wir den Kontaktwinkel für einen Flüssigkeitstropfen auf einer festen Oberfläche. Folgende Parameter sind gegeben:
- γ_sv (Oberflächenspannung zwischen Feststoff und Dampf): 40 mN/m
- γ_sl (Oberflächenspannung zwischen Feststoff und Flüssigkeit): 30 mN/m
- γ_lv (Oberflächenspannung zwischen Flüssigkeit und Dampf): 50 mN/m
Berechnung:
Setzen Sie die Werte in die Formel ein: Kontaktwinkel (θ) = arccos((γ_sv – γ_sl) / γ_lv)
Kontaktwinkel (θ) = arccos((40 – 30) / 50)
Kontaktwinkel (θ) = arccos(10 / 50) = arccos(0.2).
Verwendung eines wissenschaftlichen Taschenrechners: Kontaktwinkel (θ) ≈ 78.46°.
Interpretation:
Der berechnete Kontaktwinkel von etwa 78.46° weist auf eine mäßige Benetzbarkeit der festen Oberfläche durch die Flüssigkeit hin.
Die häufigsten FAQs
Der Kontaktwinkel gibt Aufschluss über die Benetzbarkeit einer Oberfläche. Kleinere Winkel bedeuten eine bessere Benetzbarkeit (hydrophile Oberflächen), größere Winkel eine schlechtere Benetzbarkeit (hydrophobe Oberflächen).
Kontaktwinkel Messungen werden in verschiedenen Branchen verwendet, um Beschichtungen, Sauberkeit, Hafteigenschaften und Materialverträglichkeit bei Anwendungen wie Abdichtung, Lackierung und Elektronikfertigung zu beurteilen.
Ja, Kontaktwinkel über 90° weisen darauf hin, dass sich die Flüssigkeit nicht gut auf der Oberfläche verteilt, was für hydrophobe Oberflächen charakteristisch ist.