Pengertian Kapilaritas

Pengertian Kapilaritas- Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya permukaan zat cair pada pipa kapiler, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 7.22. Pada gambar tersebut, diameter dalam pipa kapiler dari kiri ke kanan semakin kecil. Semakin kecil diameter dalam pipa kapiler, kenaikan permukaan air di dalam pipa kapiler akan semakin tinggi.

Gambar 7.22 Tabung pipa kapiler

Permukaan zat cair yang membasahi dinding, misalnya air, akan naik. Adapun yang tidak membasahi dinding, seperti raksa, akan turun. Dalam kehidupan sehari-hari, contoh-contoh gejala kapiler adalah sebagai berikut. Minyak tanah naik melalui sumbu lampu minyak tanah atau sumbu kompor, dinding rumah basah pada musim hujan, air tanah naik melalui pembuluh kayu. Peristiwa air membasahi dinding, atau raksa tidak membasahi dinding dapat dijelaskan dengan memperhatikan gaya tarik-menarik antarpartikel. Gaya tarik-menarik antarpartikel sejenis disebut kohesi, sedangkan gaya tarik menarik antarpartikel tidak sejenis disebut adhesi. Air membasahi dinding kaca karena adanya gaya kohesi antarpartikel air yang lebih kecil daripada gaya adhesi antara partikel air dan partikel dinding kaca. Sedangkan, raksa memiliki gaya kohesi lebih besar daripada gaya adhesinya dengan dinding kaca sehingga tidak membasahi dinding kaca. Gaya adhesi air yang lebih besar dari kohesinya menyebabkan permukaan air berbentuk meniskus cekung, sedangkan gaya kohesi raksa lebih besar dari gaya adhesinya sehingga menyebabkan permukaan raksa berbentuk meniskus cembung. Jika zat cair dimasukkan ke dalam suatu pipa kapiler, permukaan zat cair tersebut akan melengkung. Permukaan melengkung zat cair di dalam pipa disebut meniskus.

Gambar 7.23 y Gaya tegangan permukaan pada fluida dalam tabung kapiler. Fluida naik jika θ < 90° dan turun jika θ > 90°.

Gambar 7.23 memperlihatkan gaya tegangan permukaan cairan di dalam pipa kapiler. Bentuk permukaan cairan di dalam pipa kapiler bergantung pada sudut kontak (θ ) cairan tersebut. Permukaan cairan akan naik jika θ < 90° dan turun jika θ > 90°. Naik atau turunnya permukaan zat cair dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

mg = F cosθ

ρ Vg = γ l cosθ

ρ π r2hg = γ 2π r cosθ

dengan: h = kenaikan atau penurunan zat cair (m),

γ = tegangan permukaan (N/m),

g = percepatan gravitasi (m/s²), dan

r = jari-jari alas tabung/pipa (m).

Jika suatu zat cair membasahi dinding pipa, sudut kontaknya kurang dari 90° dan zat cair itu naik hingga mencapai tinggi kesetimbangan. Zat pencemar yang ditambahkan pada zat cair akan mengubah sudut kontak itu, misalnya detergent mengubah sudut kontak yang besarnya lebih dari 90° menjadi lebih kecil dari 90°. Sebaliknya, zat-zat yang membuat kain tahan air (waterproof) menyebabkan sudut kontak air dengan kain menjadi lebih besar dari 90°.

Gambar 7.24 Efek bertambah kecilnya sudut kontak yang ditimbulkan suatu zat pencemar.

Contoh soal kapilaritas

1. Suatu tabung berdiameter 0,4 cm jika dimasukkan secara vertikal ke dalam air, sudut kontaknya 60°. Jika tegangan permukaan air 0,5 N/m dan g = 10 m/s², tentukanlah kenaikan air pada tabung.

Jawab

Diketahui: dtabung = 0,4 cm, θ = 60°, γ = 0,5 N/m, dan g = 10 m/s².

h = 0,025m

2. Berapa tinggi air yang naik dalam pipa yang jari-jarinya 0,15 mm jika sudut kontaknya nol? γ untuk air adalah 0,073.

Penyesuaian :

Diketahui :

r = 0,15 mm = 1,5 x 10^-4m, ρ =1.000 kg/m³

Jawab :

Ketinggian air h adalah:

= 9,93 x 10^-2m = 9,93 cm

Jadi, tinggi air dalam pipa =9,93 cm

3. Tegangan permukaan air raksa adalah 0,465 N/m. Sudut kontak air raksa dengan pipa kapiler berjari-jari 2,5 mm pada mangkuk sebesar 150°. Berapa ketinggian air raksa relatif terhadap permukaan air raksa dalam mangkuk?

Penyelesaian :

Diketahui :

r = 2,5 mm, γ = 0,465 N/m, θ = 150,

Jawab :

Jadi, ketinggian air raksa negatif, atau ketinggian air raksa dalam pipa kapiler di bawah permukaan air raksa di mangkuk.