PENGUKURAN TEGANGAN PERMUKAAN
advertisement
PENGUKURAN TEGANGAN PERMUKAAN Dapat ditentukan antara lain dengan cara : 1. Kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler 2. Penarikan pelat tipis vertikal yang tercelup sebagian dalam cairan (Wilhelmy) KENAIKAN ATAU PENURUNAN KAPILER Metode: bila sebatang pipa kapiler dimasukkan ke dalam cairan, maka permukaan cairan dalam pipa kapiler dapat mengalami kenaikan atau penurunan o Bila cairan membasahi bejana (θ < 90), permukaan cairan naik o Bila cairan tidak membasahi bejana (θ > 90), permukaan cairan turun Peristiwa naik turunnya permukaan cairan dalam pipa kapiler disebut KAPILARITAS h 2 cos dgr Kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler o Kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler disebabkan adanya tegangan permukaan yang bekerja pada permukaan cairan yang menyentuh dinding sepanjang keliling pipa o Akibat tegangan permukaan ini pipa akan memberikan gaya reaksi pada permukaan cairan yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan Besar gaya ke atas akibat tegangan permukaan : F1 = 2 π r cos θ F1 r θ = gaya ke atas akibat tegangan permukaan = jari-jari kapiler = tegangan permukaan = sudut kontak Kenaikan cairan tidak dapat berlangsung terus, karena pada permukaan cairan juga bekerja gaya akibat berat cairan (F2) yang arahnya ke bawah sebesar : F2 = d V g karena V = π r2 h , maka : F 2 = π r2 h d g d g h = rapatan cairan = percepatan gravitasi = kenaikan/ penurunan cairan dalam kapiler o Pada saat setimbang berlaku F1 = F2, sehingga 2 π r cos θ = π dghr 2 cos 2 r hdg • Cairan yang membasahi bejana (misal: air) θ = 0 Cos θ = 1, persamaan menjadi dghr 2 • Cairan yang tidak membasahi bejana (misal: raksa) θ = 140 Cos θ = -0,766 (berharga negatif). h memiliki harga negatif yang berarti cairan mengalami penurunan atau ditekan dalam kapiler • Untuk perhitungan yang teliti rumusan perlu faktor koreksi, yang berasal dari volume untuk miniskus dan rapatan gas di atas cairan. • Volume yang disangga kenyataannya sedikit lebih besar dari pada yang dihitung dari tinggi yang diukur sampai dasar miniskus. • Tinggi h yang diukur harus ditambah faktor koreksi r/3 , persamaannya menjadi : r dc d g h 3 gr 2 • Metode perbandingan tegangan permukaan 1 d1h1 2 d 2 h2 • Bila У1, d1 dan d2 diketahui, maka dengan menentukan tinggi kedua cairan dalam kapiler, tegangan permukaan cairan yang belum diketahui dapat ditentukan METODE WILHELMY Dasar: gaya yang diperlukan untuk menarik pelat tipis dari permukaan cairan Penetapannya diperlukan alat dari lempeng tipis terbuat dari kaca, platina atau mika dan sebuah neraca Pelat digantungkan pada salah satu lengan neraca dan dimasukkan ke dalam cairan yang akan diselidiki Besarnya gaya tarik pada neraca yang digunakan untuk melepas pelat dari permukaan cairan dicatat Penetapan tegangan muka metode Wilhelmy Pada saat pelat terlepas berlaku hubungan : F=W+2ℓ Sehingga tegangan permukaan dapat dihitung sebagai : F W 2l F W ℓ 2 = tegangan permukaan = gaya tarik yang dicatat = berat lempeng ( pelat ) = lebar lempeng = faktor karena ada 2 permukaan pada lempeng • Asumsi sudut kontak θ = 00, dan pengaruh dari ujungujung lempeng diabaikan EFEK TEGANGAN PERMUKAAN o Dengan adanya tegangan permukaan serangga dapat berjalan di atas air dan benda yang mempunyai rapatan lebih besar dari air seperti jarum jahit dapat terapung di atas permukaan Sepotong jarum jahit dengan berat W dan panjang ℓ terapung di atas permukaan air dengan sedikit terbenam ke dalam cairan Gaya tegangan permukaan yang mengangkat jarum tersebut bekerja pada dua sisi bersebelahan yang besarnya ℓ o Agar jarum tidak tenggelam, maka gaya berat W harus diimbangi oleh komponen gaya yang arahnya ke atas besarnya 2ℓ Cos θ, Berlaku 2 ℓ Cos θ = W atau 2 ℓ Cos θ = m g m = massa benda dan g = percepatan gravitasi o Jika benda yang terapung berbentuk bola seperti pada kaki serangga, maka tegangan permukaan bekerja disemua titik sekitar lingkaran horisontal dengan jari-jari r Tegangan permukaan yang bekerja pada (a) jarum (b) kaki serangga ℓ dianggap sama dengan keliling lingkaran (2πr), sehingga gaya total ke atas yang disebabkan tegangan permukaan besarnya 2πrCos θ Pada saat setimbang: 2πrCos θ = m g atau mg cos 2r TEKANAN DI DALAM GELEMBUNG Tegangan permukaan menyebabkan adanya perbedaan tekanan antara bagian dalam dan bagian luar gelembung sabun atau gelembung udara dalam cairan Tekanan bagian dalam biasanya selalu lebih besar dari sisi bagian luar gelembung Tegangan permukaan yang bekerja pada gelembung sabun (a) Penampang dengan dua permukaan lapisan tipis (b) Kesetimbangan dari setengah gelembung Gelembung sabun terdiri atas dua selaput dengan permukaan berbentuk bola, dengan lapisan cairan tipis diantaranya Akibat tegangan permukaan, selaput cenderung melakukan kontraksi, berusaha untuk memperkecil luas permukaannya Saat gelembung berkontraksi, udara di dalamnya tertekan, sehingga menaikkan tekanan bagian dalam sampai tidak terjadi kontraksi lagi Kesetimbangan dari setengah gelembung sabun Gelembung sabun berbentuk bola mendapat tekanan ΔP Gaya yang diterima sama dengan tekanan ΔP kali luas permukaan (πR2) atau sebesar ΔP πR2 Gaya ini diimbangi oleh gaya akibat tegangan permukaan yang diberikan dua buah dinding gelembung sebesar = 2(2πR) Jumlah kedua gaya menjadi nol, maka berlaku hubungan : ΔPπR2 = 4УπR atau 4 P R • Untuk gelembung udara dalam cairan atau tetesan air, hanya memiliki satu permukaan tipis • Gaya tegangan permukaannya setengah dari gelembung sabun, persamaannya berlaku : У = tegangan permukaan R = jari-jari gelembung ΔP = beda tekanan di dalam dan di luar gelembung • Persamaan di atas dikenal dengan hukum Laplace
