Tegangan Permukaan dan Gejala Kapilaritas Zat Cair

Pengertian Tegangan Permukaan. Tegangan permukaan suatu zat cair didefinisikan sebagai gaya tiap satuan panjang. Jika pada suatu permukaan sepanjang l bekerja gaya sebesar F yang arahnya tegak lurus pada l, dan γ menyatakan tegangan permukaan, maka besarnya tegangan yang bekerja pada permukaan zat cair dapat diformulasikan dengan persamaan sebagai berikut.

γ =F/l

Keterangan:

F = gaya (N)

l=  panjang permukaan (m)

γ = tegangan permukaan (N/m)

Besarnya tegangan permukaan yang bekerja pada zat cair dapat ditentukan dengan menggunakan sebuah kawat yang dibentuk seperti hurup U. Selanjutnya, seutas kawat lurus dipasang sehingga dapat bergerak pada kaki kaki kawat U tersebut.

Prinsip Penentuan Tegangan Permukaan Zat Cair.
Prinsip Penentuan Tegangan Permukaan Zat Cair.

Selanjutnya kawat dicelupkan ke dalam air mengandung sabun dan ditarik keluar, kawat lurus akan cenderung tertarik ke atas.

Jika berat w1 tidak terlalu besar, maka keadaan tersebut dapat diseimbangkan dengan menambah beban w2. Dalam keadaan setimbang dan temperature tetap, kawat lurus dapat digeser tanpa mengubah keseimbangannya. Pada keadaan setimbang ini, gaya permukaan air sabun sama dengan gaya berat kawat lurus ditambah dengan berat beban.

F = w1 + w2

Karena lapisan air sabun memiliki dua permukaan, maka gaya permukaan berkerja sepanjang 2l, sehingga tegangan permukaan zat cair dapat diformulasikan dengan rumus berikut.

g =F/2l

Tegangan permukaan suatu zat cair berhubungan dengan garis gaya tegang yang dimiliki permukaan zat cair tersebut. Gaya tegang ini berasal dari gaya Tarik antar molekul-molekul zat cair. Gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis disebut kohesi, sedangkan gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenis disebut adhesi.

Gaya Tarik Menarik Antara Partikek Dalam Zat Cair.
Gaya Tarik Menarik Antara Partikek Dalam Zat Cair.

Molekul A yang berad di dalam zat cair mengalami gaya kohesi dengan molekul- molekul di sekitarnya dari berbagai arah, dengan demikian molekul A tersebut berada pada keseimbangan atau resultan gayanya sama dengan nol.

Sedangkan molekul B yang berada di permukaan zat cair tidak mengalami hal yang berbeda. Molekul B ini mengalami kohesi dari partikel di bawah dan di sampingnya saja. Resultan gaya kohesi pada molekul ini ke arah bawah tidak sama dengan nol. Resultan gaya ke bawah akan membuat permukaan zat cair sekecil-kecilnya. Akibatnya, permukaan zat cair menegang seperti selaput yang tipis. Keadaan ini dinamakan tegangan permukaan.

Contoh Tegangan Permukaan Zat Cair.

Gejala- gejala yang dapat menunjukkan tegangan permukaan zat cair diantaranya adalah, air yang keluar dari pipet berupa tetesan berbentuk bulat- bulat atau pisau silet yang dpat mengpung di atas permukaan air (diletakkan di permukaan air secara hati-hati), serangga air yang dapat berjalan di permukaan air, kenaikan batas air pada pipa kapiler dan terbentuknya buih dan gelembung padad air sabun.

Pengertian Gejala Kapilaritas.

Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa sempit). Pada zat cair yang mengalami meniskus cekung, tegangan permukaan menarik pipa ke arah bawah karena tidak seimbang oleh gaya tegangan permukaan yang lain.

Sesuai dengan hukum III Newton tentang aksi reaksi, pipa akan melakukan gaya yang sama besar pada zat cair, tetapi dalam arah berlawanan. Gaya inilah yang menyebabkan zat cair naik. Zat cair berhenti naik ketika berat kolom zat cair yang naik sama dengan gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair (w = F).

Analisis Gejala Kapiler pada Pipa.
Analisis Gejala Kapiler pada Pipa.

Jika massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, sudut kontak θ, kenaikan zat cair setinggi h, dan jari-jari pipa kapiler adalah R, maka berat zat cair yang naik adalah:

w = m g = ρ V g = ρ π R2 h g.

Komponen gaya vertikal yang menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah

F = (γ cos θ)(2πR) = 2πR g cosθ.

Jika nilai F disubstitusi oleh w = ρ π R2 h g, maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Jadi jika w = F, maka

ρ π R2 h g =  2πR g cosθ

Tinggi h dapat dihitung dengan formulasi persamaan berikut

h =  (2 γ cosθ)/( ρ g R)

Keterangan:

h = kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m)

γ = tegangan permukaan N/m

θ = sudut kontak (derajat)

ρ = massa jenis zat cair (hg/m3)

R = jari-jari pipa (m)

Contoh Soal Perhitungan Pipa Kapiler.

Sebuah pipa kapiler dengan jari jari 1mm dimasukan ke dalam air secara vertical. Air memiliki massa jenis 1 g/cm2 dan tegangan permukaan 1 N/m. Jika sudut kontaknya 60o  dan percepatan gravitasi g = 10 m/s2, maka hitunglah besarnya kenaikan permukaan air pada diding pipa kapiler tersebut.

Diketahui:

R = 1mm = 1 x 10-3 m

ρ = 1 g/cm3 = 100 kg/m3

γ = 1 N/m

θ= 600

g = 10 m/s2

ditanyakan h = …?

Jawab.

h =  (2 γ cosθ)/( ρ g R)

h =  (2 x cos 60)/(1000 x-10 x 10-3)

h = 1/10= 0,1 m = 10 cm

Jadi, permukaan air pada pipa kapiler naik setinggi 10 cm.

Pengertian Tegangan Permukaan dan Gaya persatuan Panjang serta rumus tegangan permukaan. Contoh soal perhitungan tegangan permukaan zat cair dan cara menentukan tegangan permukaan zat cair atau satuan tegangan permukaan. Garis gaya tegang permukaan zat cair yang gaya Tarik antar molekul partikel dengan pengertian gaya kohesi, pengertian gaya adhesi.

Gaya Tarik partikel sejenis dan gaya Tarik partikel tidak sejenis beserta contoh gaya kohesi. Contoh gaya adhesi dan Contoh Tegangan Permukaan Zat Cair dengan Contoh gejala yang menunjukkan tegangan permukaan. Pegertian Gejala Kapilaritas dan Contoh Gejala kapilaritas dengan Rumus kapilaritas zat cair. Contoh soal perhitungan kapilaritas dan pengaruh diameter pipa pada kapilaritas zat cair. Contoh pipa kapiler degan cara menentukan tinggi pada pipa kapiler.