Kapilaritas

A. Meniskus Cembung dan Meniskus Cekung

Gambar. (a) Menikus cekung

(b) Menikus cekung

Gaya tarik menarik antara partikel-partikel yang sejenis dalam suatu zat disebut gaya

kohesi, sedangkan gaya adhesi adalah gaya tarik menarik antara partikel-partikel yang tidak

sejenis. Contoh gaya adhesi adalah tetesan air pada permukaan kaca yang lama lama akan

meluas. Hal tersebut terjadi karena gaya adhesi partikel-partikel kaca dan air lebih besar daripada

gaya kohesi. Berbeda dengan air, jika raksa diteteskan pada permukaan kaca maka raksa tersebut

akan menggumpal, penggumpalan raksa terjadi karena gaya kohesi leih besar daripada gaya

adhesinya.

Akibat fenomena tersebut, jika kedua cairan terseut dimasukkan ke dalam tabung kaca,

akan terlihat seperti pada gambar 6.18. Diketahui Fk adalah gaya kohesi dan FA adalah gaya

adhesi. Gambar 6.18 (a) menunjukkan meniskus cekung yang terjadi karena gaya adhesi lebih

besar daripada gaya kohesi. Adapun gambar 6.18 (b) merupakan meniskus cembung.yang terjadi

karena gaya kohesi yang lebih besar daripada gaya adhesi. Sudut kontak θ pada meniskus cekung

adalah sudut lancip (<90 ͦ). Sebaliknya sudut kontak pada meniskus cembung adalah sudut tumpul

(>90ͦ).

Sudut kontak (θ) antara zat cair dengan dinding adalah sudut antara permukaan zat cair

dengan permukaan dinding pada titik persentuhan zat cair dengan dinding.

Permukaan air dalam bejana secara bebas membentuk kurva menghadap ke atas (konkaf),

maka dikatakan zat cairnya membasahi dinding bejana. Jika zat cairnya tidak membasahi

dinding, maka kurva permukaan akan menghadap ke bawah (konveks).

Gambar. Sudut kontak

Bentuk kurva dari permukaan zat cair disebut menikus (dalam bahasa Yunani berarti

bulan sabit). Bila sebuah pipa kapiler salah ujungnya dicelupkan secara vertical ke dalam

resevior zat naik ke atas, sehingga permukaan air dalam kapiler lebih tinggi dari permukaan air

di sekelilingnya karena air bersifat membasahi dinding. Peristiwa kapilaritas ini disebabkan oleh

adanya tegangan permukaan dan gaya adhesi. Gaya adhesi menarik zat cair ke atas sepanjang

dinding tabung dan kohesi (tegangan permukaan) menarik kolom air ke atas.

B. Gejala Kapilaritas

Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair di dalam pipa kapiler (pipa kapiler).

Gejala ini disebabkan oleh gaya kohesi dari tegangan permukaan dan gaya antara zat cair dan

tabung kaca (pipa kapiler). Alat yang dapat digunakan untuk mengamati gejala kapilaritas

adalah pipa kapiler. Kapiler berasal dari bahasa latin yang berarti seperti rambut

(pembuluh darah yang kecil juga disebut kapillari).

Gambar. Gejala Kapilaritas, disebabkan gaya kohesi dan gaya.

Jika pipa kapiler dimasukkan ke dalam tabung yang berisi air, permukaan air di dalam

pipa akan naik seperti terlihat pada gambar 6.19 Akan tetapi, jika pipa kapiler

dimasukkan ke dalam tabung raksa, permukaan raksa di dalam tabung tersebut akan

turun.

Gambar. Gejala kapilaritas pada pipa kapiler

Perhatikan gambar Pada zat cair yang mengalami menikus 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.

Gambar. Analisis gejala kapiler.

Perhatikan gambar 6.20. Bentuk pipa kapiler yang menyerupai tabung akan

menyebabkan zat cair menyentuh dinding sebelah dalam sehingga permukaan zat cair

menarik pipa dengan gaya sebesar Fy. Gaya ke atas Fy sehubungan dengan tegangan

permukaan yang bekerja sepanjang keliling permukaan dalam pipa kapiler adalah hasil

kali komponen ke atas tegangan permukaan (γy pada gambar) dengan keliling permukaan

dalam pipa kapiler , adapun keliling pipa kapiler .

Dinding pipa kapiler memberikan gaya reaksi terhadap zat cair sebesar

karena γy = γ cos θ

Gaya ini diimbangi oleh berat zat cair setinggi y dalam pipa, yaitu sebesar

Jika massa jenis zat cair adalah ρ, tegangan permukaan γ, 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

w = ρ π r2 y g.

Zat cair berhenti naik (keadaan seimbang) ketika berat kolom zat cair yang naik

sama dengan komponen gaya ke atas yang dikerjakan pada zat cair dari gaya adhesi

sehubungan dengan tegangan permukaan (w=Fy) Karena komponen gaya vertikal yang

menarik zat cair sehingga naik setinggi h adalah F = ( γ cos θ )( 2 π R ) = 2 π R γ cos θ.

Maka, apabila nilai Fy anda ganti dengan ρ π R2 h g, maka persamaannya menjadi seperti

berikut.

w = Fy

ρ π r2 y g = 2 π r γ cos θ

Sehingga diperoleh tinggi zat cair di dalam pipa kapiler, yaitu:

Keterangan:

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

γ = tegangan permukaan dalam pipa kapiler (N/m)

θ = sudut kontak (o)

ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

r = jari-jari pipa kapiler (m)

Kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa kapiler:

- Untuk zat cair meniskus cekung (misalnya air), sudut kontak θ adalah lancip. Nilai cosθ

pada Persamaan bernilai positif, sehingga h bernilai positif, dan ini berarti zat cair naik.

- Untuk zat cair meniskus cembung (misalnya raksa) sudut kontak θ adalah tumpul. Nilai

cosθ pada persamaan bernilai negatif. Sehingga h bernilai negatif. Dan ini berarti zat cair

turun.

Gambar. Pipa kapiler dalam air dan raksa

Gambar (a) : Pipa kapiler dimasukkan ke dalam air, permukaan air didalam pipa kapiler lebih

tinggi dibandingkan permukaan air di luar pipa kapiler. Hal itu disebabkan adhesi air dengan

kaca lebih besar dibandingkan kohesi antarmolekul air.

Gambar (b) : Pipa kapiler dimasukkan ke dalam raksa, ternyata permukaan raksa di dalam

kapiler lebih rendah dibandingkan raksa di luar pipa kapiler. Hal tersebut kohesi raksa lebih

besar dibanding adhesi raksa dengan kaca.

Dari gejala kapilaritas tersebut diperoleh :

a. Jika adhesi > kohesi, maka :

1) Sudut kontak (θ) < 90o

2) Bentuk permukaan zat cair dalam pipa kapiler cekung (minikus cekung)

3) Zat cair dikatakan membahasi pipa kapiler

4) Ketinggian permukaanzat cair dalam beberapa pipa kapiler yang berhubungan

sebagai berikut.

Gambar. Permukaan air dalam beberapa pipa kapilar

b. Jika kohesi > adhesi

1) Sudut kontak (θ) > 90o

2) Bentuk zat cair dalam pipa kapiler cembung (minikus cembung)

3) Zat cair dikatakan tidak membahasi pipa kapiler

4) Ketinggian permukaan zat cair dalam beberapa pipa kapiler yang berhubungan

sebagai berikut.

Gambar. Permukaan raksa dalam beberapa pipa kapiler