Bimbel TES SMAKBO
Bimbel SBMPTN / SIMAK_UI
Tegangan permukaan adalah sifat permukaan cairan yang memungkinkannya menahan gaya eksternal karena sifat kohesif molekul air. Molekul-molekul di permukaan memiliki molekul-molekul yang serupa di semua sisinya, sehingga molekul-molekul itu lebih kuat menyatu dengan molekul-molekul yang secara langsung berhubungan dengan mereka di permukaan. Ini menghasilkan pembentukan "film" permukaan, yang membuat memindahkan objek melalui permukaan lebih sulit daripada memindahkannya ketika benar-benar terendam.
Gaya Kohesif Menghasilkan Tegangan Permukaan
Molekul-molekul dalam sampel cairan yang berada sepenuhnya di volume interior dikelilingi oleh molekul lain dan berinteraksi dengan mereka berdasarkan gaya tarik menarik antarmolekul yang ada untuk molekul jenis ini.
Namun, molekul-molekul pada antarmuka dengan medium lain (biasanya udara) tidak memiliki molekul lain yang serupa di semua sisinya (yaitu, di atasnya), sehingga mereka koheren lebih kuat dengan molekul-molekul di permukaan dan tepat di bawahnya. Hasilnya adalah lapisan permukaan yang membuat benda lebih sulit menembus permukaan daripada bergerak setelah terendam dalam sampel cairan. Oleh karena itu, gaya kohesif menghasilkan fenomena tegangan permukaan.
Unit Satuan Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan biasanya diukur dalam dyne/cm, yaitu :
- Gaya dalam dyne yang diperlukan untuk memecahkan lapisan tipis permukaan dengan panjang 1 cm
Atau sebagai energi permukaan J/m2 atau sebagai alternatif bobot per sentimeter persegi.
- 1 dynes/cm (dyn/cm) = 0,001 N/m = 0,0000685 lbf/ft = 0,571 10-5 lbf/in = 0,0022 pound/ft = 0,00018 pound/in = 1,0 mN/m = 0,001 J/m2 = 1,0 g/cm2 = 0,00010197 kg f/m
Satuan Imperial yang umum digunakan adalah lb/ft dan lb/in.
Tegangan Permukaan Air
Tegangan permukaan air pada suhu tertentu:
| Temperatur (oC) |
Tegangan Permukaan- σ -
(N/m) |
|---|---|
| 0 | 0.0757 |
| 10 | 0.0742 |
| 20 | 0.0728 |
| 30 | 0.0712 |
| 40 | 0.0696 |
| 50 | 0.0679 |
| 60 | 0.0662 |
| 70 | 0.0644 |
| 80 | 0.0626 |
| 90 | 0.0608 |
| 100 | 0.0588 |
Tegangan Permukaan dari beberapa Fluida umum
Tegangan permukaan fluida pada 25oC (77oF).
| Fluid |
Tegangan Permukaan (N/m) |
|---|---|
| Asetaldehida | 0.021 |
| Asam asetat, Asam etanoat | 0.027 |
| Anhidrida asetat, Asetil asetat | 0.032 |
| Aseton, 2-Propanon | 0.024 |
| Asetonitril, Metil sianida | 0.287 |
| alkohol alil | 0.025 |
| Amonia, R-717 | 0,021 |
| Anilin, Benzenamina | 0,042 |
| Anisol, Metoksibenzena | 0.035 |
| Benzena, annulena | 0.028 |
| Benzonitril, Fenil sianida | 0.039 |
| benzilamina | 0.039 |
| Brom | 0.041 |
| Bromobenzena | 0.035 |
| Bromoetana | 0.024 |
| n-Butana | 0.023 |
| 1-Butanol, Butyl alcohol | 0.025 |
| Butil acetat | 0.025 |
| Butilamina | 0.023 |
| Diethyl ether | 0.017 |
| Karbon dioxida | 0.00056 |
| Karbon disulfida | 0.032 |
| Karbon tetrakhlorida | 0.027 |
| Khlorobenzena, Phenyl khlorida | 0.033 |
| Khlorodifluorometana, HCFC-22 | 0.008 |
| Khloroform | 0.0271 |
| 1-Khlorohexana, Hexyl khlorida | 0.026 |
| 1-Chloropentane | 0.024 |
| p-Cresol | 0.035 |
| Cyclohexana | 0.024 |
| Cyclohexanol | 0.033 |
| Cyclohexena | 0.026 |
| Cyclopentana | 0.022 |
| Decana | 0.024 |
| Dibutylamina | 0.024 |
| Dikhlorodifluorometana, CFC-12 | 0.0086 |
| Dietilena glikol | 0.045 |
| Diethyl ether, Ethyl ether | 0.017 |
| Diethyl sulfida, Ethyl sulfida | 0.025 |
| Etana | 0.00048 |
| Etanol, Ethyl Alkohol, Alkohol murni, Bulir Alkohol, minuman Alcohol | 0.022 |
| Ethanolamina, glycinol | 0.048 |
| Ethyl acetat | 0.024 |
| Ethylamina, Ethanamina | 0.019 |
| Ethylbenzena, Phenyletana | 0.029 |
| Ethyl benzoat | 0.035 |
| Ethyl bromida | 0.025 |
| Ethyl merkaptan | 0.024 |
| Ethylen glikol | 0.0477 |
| Formamida | 0.057 |
| Formixc acis, Methanoic acid | 0.037 |
| Furfural | 0.043 |
| n-Heptana | 0.020 |
| Asam heptanoat, asam Enanthic | 0.028 |
| Hexadekana, Cetan | 0.027 |
| n-Hexana | 0.018 |
| Heksanitril, Kapronitril | 0.027 |
| 1-Hexanol, Kaproil alkohol | 0.026 |
| 1-Hexena | 0.018 |
| Hidrazin | 0.066 |
| Gliserin | 0.064 |
| Isobenzena, Fenil iodida | 0.039 |
| Isobutana, 2-Methylpropana | 0.010 |
| isobutil asetat. 2-Metilpropil asetat | 0.023 |
| Asam isobutirat | 0.025 |
| Isopropanol, 2-propanol, Isopropil Alkohol, Alkohol gosok, Sec-propil Alkohol, s-Propanol | 0.022 |
| Merkuri, Quicksilver | 0.485 |
| Metanol, Metil alkohol | 0.022 |
| Metil asetat | 0.025 |
| Metil format | 0.025 |
| Nitrobenzena (50oC) | 0.041 |
| Nitrometana, Nitrokarbol | 0.036 |
| Nonana | 0.022 |
| Oktana | 0.021 |
| Pentana | 0.015 |
| Pentil asetat | 0.025 |
| Propana, LPG | 0.007 |
| 1-Propanol, Propil alkohol | 0.023 |
| n-Propil alkohol | 0.024 |
| n-Propil benzen | 0.030 |
| Piridin | 0.037 |
| Trichloromethane, Chloroform | 0.023 |
| Toluen, Metilbenzena | 0.028 |
| Trifluormethane, Fluoroform | 0.00003 |
| Undekana, Hendekan | 0.025 |
| Air 20oC | 0.072 |
| Air, bersabun at 20oC | 0.0250 - 0.0450 |
| air-d2, Heavy Water | 0.071 |
| Xenon (10oC) | 0.00044 |
| o-Xylene | 0.029 |
| m-Xylena | 0.028 |
| p-Xylena | 0.028 |
Pernahkah Anda memperhatikan jarum terapung yang bisa dibuat melayang di permukaan meskipun beberapa kali sepadat air? Ini terjadi karena tegangan permukaan permukaan. Ini adalah aspek fisik dari cairan di mana molekul ditarik ke arah setiap sisi. Gaya per satuan luas adalah pengukuran tegangan permukaan.
Rumus tegangan permukaan
Tegangan permukaan adalah fenomena saat lantai cairan bersentuhan dengan lantai lain dari cairan. Ini diperhitungkan pada tekanan peningkatan padatan, cairan, atau gas dalam kontak. Energi yang berevolusi dalam fenomena tersebut sama dengan kerja atau energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan permukaan sekitar molekul di sekitarnya. Diukur dalam dyne/cm dalam sistem C.G.S dan N/m dalam unit S.I.
Metode untuk mencari tegangan permukaan diartikulasikan sebagai,
Di mana,
\(T =\frac{F}{l}\)
T = tegangan permukaan(N/m)
F = gaya per satuan panjang (N)
l = panjang di mana gaya bekerja(m)
Persamaan Young-Laplace
Tegangan permukaan bertanggung jawab atas bentuk tetesan cairan. Meskipun mudah berubah bentuk, tetesan air cenderung ditarik ke dalam bentuk bola oleh gaya kohesif dari lapisan permukaan. Dengan tidak adanya gaya lain, termasuk gravitasi, tetesan hampir semua cairan akan berbentuk bulat sempurna.
Jika tidak ada gaya yang bekerja secara normal (tegak lurus) pada permukaan yang ditarik, permukaan tersebut harus tetap rata. Tetapi jika tekanan di satu sisi permukaan berbeda dari tekanan di sisi lain, perbedaan tekanan kali luas permukaan menghasilkan gaya normal. Agar gaya tegangan permukaan menghilangkan gaya ini karena tekanan, permukaan harus melengkung. Ketika semua gaya seimbang, kelengkungan permukaan adalah ukuran yang baik dari tegangan permukaan, yang dijelaskan oleh persamaan Young-Laplace:
$$\Delta P=\gamma\left(\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}\right)$$
\(\Delta P\) adalah perbedaan tekanan melintasi antarmuka.
\(\gamma\) adalah tegangan permukaan yang diukur,
\(R_1\), \(R_1\) adalah adalah jari-jari utama kelengkungan, yang menunjukkan derajat kelengkungan.
Tegangan Permukaan Dengan Tekanan Kapiler
Pengaruh tegangan permukaan pada tekanan kapiler sedikit lebih rumit, di satu sisi, tekanan kapiler berbanding lurus dengan tegangan permukaan. Di sisi lain, cairan tegangan permukaan tinggi biasanya juga memiliki sudut kontak yang lebih tinggi, yang menurunkan tekanan kapiler.
Aksi kapiler juga dapat dipahami dalam istilah tekanan kapiler. Ada perbedaan tekanan, yang disebut tekanan Laplace, di semua antarmuka cairan melengkung yang disebabkan oleh gaya yang tidak seimbang antara molekul cair di antarmuka. Untuk kasus pori dengan penampang lingkaran (jari-jari r) tekanan kapiler diberikan oleh:
Kapilaritas
Tabung kapiler adalah tabung kaca silinder berongga, dan fenomena naik turunnya cairan di dalam tabung kapiler dikenal sebagai kapilaritas.
Ketinggian di dimana cairan akan naik di dalam tabung kapiler akan tergantung pada tekanan di luar tabung (yaitu, tekanan atmosfer) dan tekanan cairan di dalam tabung. Oleh karena itu naiknya cairan,
\(h={Tcos\theta \over{\rho ga}}\)
Di mana;
T = permukaan tegangan
ρ = massa jenis zat cair
θ = sudut kontak
a = jari-jari pipa kapiler
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.
dimana jika perluas, menjadi sebagai berikut;
F = m.g
w = m.g
dimana
w = Usaha
m = masa
g = gravitasi m/s2
Postulat hukum III Newton menyebutkan "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, maka w = F.
Kemudian massa sama dengan berat jenis dikalikan volume. Dan Volume sama dengan luas kali tinggi, sedangkan luas sama dengan panjang kali lebar atau dalam lingkaran, luas sama dengan phi dikalikan jari - jari pangkat dua, sehingga ;
m = ρ.V
V = A.h
A = π.R2
Dengan demikian maka ;
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.cosθ).(2.π.R)= 2.π.R.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 = 2.π.R.g.cosθ
Tinggi h dapat diformulasikan dengan persamaan berikut;
\(h={2.γ.cos\theta \over{\rho.g.R}}\)
Keterangan:
\(h\) = kenaikan/penurunan zat cair dalam pipa (m)
\(γ\) = tegangan permukaan N/m
\(θ\) = sudut kontak (derajat)
\(R\) = jari - jari pipa kapiler m
Aplikasi Kapilaritas Dapat ditemukan
- Tinta terisi pada pulpen karena adanya kapilaritas.
- Air yang diserap akar naik karena kapilaritas.
- Minyak naik di sumbu lampu karena capillarity (sudah jarang digunakan).
Contoh Soal
Satu Gelembung sabun berjari-jari 10 cm ditiup. Tegangan permukaan larutan sabun adalah 30 dyne/cm. Hitung usaha yang dilakukan dalam meniup gelembung.
Jawab :
Gelembung sabun memiliki dua permukaan, satu bagian luar dan bagian dalam lainnya,
Total permukaan baru = 8πr2
Luas Permukaan Tegangan Permukaan = 0,
Luas permukaan akhir ΔA = 2 × 4πr2
Usaha yang dilakukan W = T × ΔA
∴ Pertambahan luas permukaan = 2 × 4πr2
= 30 × 8 × 3.14 × (10)2
W= 75360 erg
W= 75360 erg × 10−7Joule
W= 7.536 × 10−3joule
Catatan :
Satuan Erg (ergon bahasa Yunani= usaha) adalah jumlah usaha yang dihasilkan oleh gaya sebesar satu dyne untuk jarak sejauh satu sentimeter. Satuan pokok CGS: 1 g⋅cm2/s2 = 1 erg.
1 erg = 10−7 J = 100 nJ
1 erg = 624.15 GeV = 6.2415 ×1011 eV
1 erg = 1 dyne cm = 1 g·cm2/s2
Tidak ada komentar:
Posting Komentar