Pengertian Kapilaritas: Konsep, Contoh, Karakteristik

Kapilaritas adalah fenomena di mana cairan memiliki kemampuan untuk naik atau turun melalui tabung kapiler.

Untuk bagiannya, tabung kapiler adalah objek, dengan ukuran diameter yang berbeda, di mana cairan atau fluida dapat naik dan, di sinilah fenomena kapilaritas terjadi.

Tabung kapiler

Fenomena kapilaritas tergantung pada tegangan permukaan cairan, yang menyebabkannya menghadapi resistensi untuk meningkatkan luas permukaannya. Demikian juga, tegangan permukaan juga tergantung pada gaya antarmolekul cairan dan yang secara tepat akan membuatnya naik atau turun dari tabung kapiler.

Dalam pengertian ini, ketika cairan naik melalui tabung kapiler itu adalah karena gaya adhesi intermolekul, antara cairan dan benda padat, lebih besar daripada gaya intermolekul atau kohesi molekul cairan.

Dalam hal ini, cairan akan naik sampai kesetimbangan tegangan permukaan tercapai dan kurva cekung akan terbentuk di permukaannya, yang pada akhirnya akan menentukan bahwa itu adalah cairan pembasah.

Sebaliknya, jika gaya antarmolekul cairan lebih besar dari adhesi tabung kapiler, maka cairan turun, misalnya, merkuri yang ditandai dengan membentuk permukaan cembung.

Sekarang, kurva ini yang terbentuk pada permukaan cairan dalam tabung kapiler, baik cekung atau cembung, disebut meniskus.

Contoh Kapilaritas

Di bawah ini adalah beberapa contoh untuk menjelaskan bagaimana fenomena cairan kapiler ini terjadi.

Tabung kapiler gelas

Ketika tabung kapiler gelas ditempatkan dalam wadah berisi air, ketinggian air akan naik di dalam tabung. Namun, jika tabung lain dimasukkan tetapi, dengan diameter yang lebih besar, air yang akan masuk akan berada pada tingkat yang lebih rendah sehubungan dengan tabung yang lebih sempit dan kurva cekung atau meniskus akan terbentuk.

Tabung kapiler merkuri

Jika tabung kapiler dimasukkan ke dalam wadah dengan merkuri, cairan ini akan naik melalui tabung kapiler tetapi pada tingkat yang lebih rendah dari air dan, pada permukaannya akan terbentuk meniskus terbalik atau kurva cembung.

Kapilaritas pada tumbuhan

Tumbuhan menyerap air dari tanah melalui akarnya dan kemudian pindah ke daunnya. Ini dimungkinkan karena tanaman memiliki tabung kapiler tempat cairan dan nutrisi didistribusikan ke seluruh bagiannya.

Kapilaritas adalah mekanisme penting untuk munculnya getah melalui xilem tumbuhan, tetapi tidak cukup dengan sendirinya untuk mengirimkan getah ke daun pohon.

Transpirasi atau penguapan merupakan mekanisme penting dalam pendakian getah melalui xilem tumbuhan. Daun kehilangan air karena penguapan, menghasilkan penurunan jumlah molekul air, yang menyebabkan tarikan molekul air yang ada dalam tabung kapiler (xilem).

Molekul air tidak bertindak secara independen satu sama lain, tetapi berinteraksi dengan gaya Van der Waals, yang menyebabkan mereka saling terhubung oleh tabung kapiler tanaman ke daun.

Selain mekanisme ini, perlu dicatat bahwa tumbuhan menyerap air tanah dengan osmosis dan tekanan positif yang dihasilkan pada akar, mendorong timbulnya kenaikan air melalui tabung kapiler tumbuhan.

Karakteristik kapilaritas

Permukaan cair

Permukaan cairan, yaitu air, di kapiler adalah cekung; artinya, meniskus itu cekung. Situasi ini terjadi karena hasil gaya yang diberikan pada molekul air di dekat dinding tabung diarahkan ke sana.

Dalam setiap meniskus terdapat sudut kontak (θ), yaitu sudut yang membentuk dinding tabung kapiler dengan garis singgung pada permukaan cairan pada titik kontak.

Adhesi dan kohesi

Jika gaya adhesi cairan ke dinding kapiler menang atas gaya kohesi antarmolekul, maka sudutnya adalah θ <90 °; cairan membasahi dinding kapiler dan air naik melalui kapiler, mengamati fenomena yang dikenal sebagai kapilaritas.

Ketika setetes air ditempatkan pada permukaan gelas bersih, air tersebar di atas gelas, jadi θ = 0 dan cos θ = 1.

Jika gaya kohesi antar molekul berlaku di atas gaya adhesi dinding cair kapiler, misalnya dalam merkuri, meniskus akan menjadi cembung dan sudut θ akan memiliki nilai> 90º; Merkuri tidak membasahi dinding kapiler dan karena itu turun melalui dinding bagian dalamnya.

Ketika setetes merkuri ditempatkan pada permukaan gelas yang bersih, tetesan tersebut mempertahankan bentuk dan sudutnya θ = 140º.

Tinggi

Air naik melalui tabung kapiler hingga mencapai ketinggian (h), di mana berat kolom air mengkompensasi komponen vertikal dari gaya kohesi antar molekul.

Semakin banyak air naik, akan datang suatu titik di mana gravitasi akan menghentikan kenaikannya, bahkan dengan tegangan permukaan yang mendukungnya.

Ketika ini terjadi, molekul-molekul tidak dapat terus “memanjat” melalui dinding bagian dalam, dan semua gaya fisik disamakan. Di satu sisi ada gaya yang mendorong naiknya air, dan di sisi lain beratnya sendiri dengan mendorongnya ke bawah.

Hukum Jurin

Ini dapat ditulis secara matematis sebagai berikut:

2 π rϒcosθ = ρgπr2h

Di mana sisi kiri persamaan tergantung pada tegangan permukaan, yang besarnya juga terkait dengan kohesi atau gaya antarmolekul; Cosθ mewakili sudut kontak, dan r jari-jari lubang di mana cairan naik.

Dan di sisi kanan persamaan Anda memiliki tinggi h, gaya gravitasi g, dan kepadatan cairan; Itu akan menjadi air.

h = (2ϒcosθ / ρgr)

Rumus ini dikenal sebagai Hukum Jurin, yang mendefinisikan tinggi yang dicapai oleh kolom cair, dalam tabung kapiler, ketika berat kolom cair diimbangi dengan gaya naik kapiler.


Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *