Sabtu, 25 Desember 2010

tegangan permukaan

TEGANGAN PERMUKAAN

Pengertian Tegangan Permukaan.
Tegangan permukaan adalah gaya yang diakibatkan oleh suatu benda yang bekerja pada permukaan zat cair sepanjang permukaan yang menyentuh benda itu. Apabila F = gaya (newton) dan L = panjang (m), maka tegangan-permukaan, S dapat ditulis sebagai S = F/L.

Definisi Tegangan Permukaan Cairan.
Tegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang,sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis.

Penyebab Terjadinya Tegangan Permukaan.
Partikel A dalam zat cair ditarik oleh gaya sama besar ke segala arah oleh partikel-partikel di dekatnya.Partikel B di permukaan zat cair hanya ditarik oleh partikel-partikel disamping dan dibawahnya,hingga pada permukaan zat cair terjadi tarikan ke bawah.

Penurunan Rumus
Rumus Tegangan Permukaan :
Ƴ = F/ d
Dalam Kasus ini d = 2l, sehingga
Ƴ = F /2 * l





Percobaan yang Terkait
Untuk lebih memahami Tegangan permukaan zat Dapat diamati pada percobaan dengan menggunakan gelas yang berisi air kemudian Diletakkan jarum diatasnya,maka jarum akan mengapung.Apabila dicampur dengan deterjen,maka jarum akan tenggelam.
Dan juga dapat diamati pada percobaan dengan menyiapkan gabus yang dibentuk menyerupai perahu.Kemudian,apabila diletakkan sabun dilekukan perahu tersebut,maka perahu akan bergerak.

Penerapan Tegangan Permukaan dalam kehidupan sehari – hari :
- mencuci dengan air panas jauh lebih bersih dibandingkan dengan air yang bersuhu          normal
- antiseptik yang dipakai untuk mengobati luka,selain dapat mengobati luka juga dapat membasahi seluruh luka.

Tegangan permukaan menyebabkan Pertambahan Tekanan Didalam gelombang atau Tetesan Zat Cair.
Tegangan permukaan menyebabkan suatu perbedaan tekanan antara gelembung sabun atau tetesan zat cair bagian dalam dan bagian luar. Suatu gelembung sabun terdiri permukaan film berbentuk bola yang sangat rapat. Dengan suatu lapisan tipis dan diantara zat cair. Tegangan permukaan menyebabkan film cenderung untuk melakukan pengusutan, tetapi sebagaimana gelembung menyusut, sebegitu juga ia menekan udara didalam, menambah tekanan bagian dalam , ke titik yang mencegah pengusutan lebih lanjut. Kita dapat memperoleh hubungan antara tekanan jari – jari gelembung.




Tekanan didalam suatu gelembung
Tegangan permukaan menyebabkan suatu perbedaan tekanan antara gelembung bagian dalam dan bagian luar sabun atau tetesan zat cair. Gelembung sabun terdiri dari dua permukaan film berbentuk bola dengan lapisan tipis diantara cairan, karena tegangan permukaan, film tersebut cenderung menyusut dalam suatu upaya untuk meminimalkan aerah permukaan mereka. Tetapi sebagaimana gelembung mengerut , begitu juga ia menekan udara didalamnya, akhirnya menambah tekanan bagian dalam pada tingkat yang mencegah pengusutan lebuh lanjut.
Kita dapat menarik suatu gambaran untuk kelebihan tekanan didalam suatu gelembung pada persamaan radius R dan tegangan permukaan γ pada zat cair tersebut. Pertama anggap bahwa tidak ada tekanan dari luar. Setiap setengah dari gelembung sabun adalah berada dalam ekualibirium. Tekanan – tekanan pada permukaan flat sirkular dimana setengah ini bergabung dengan setengah atasuntuk menambah tekanan pada tegangan permukaan dan mengurangi tekanan untuk menekan udara didalam setengah bagian atas. Bundaran dari lingkaran sepanjang tegangan permukaan adalah 2 μ R (kita mengabaikan perbedaan kecil diantara jari – jari bagian dalam dan bagian luar) jumlah tekanan tegangan permukaan untuk masing – masing permukaan (inner dan outer) adalah γ = 2 μ R, untuk jumlah dari (2 γ) (2 μ R). tekanan udara menekan kebawah, tetapi tekanan resultan pada tekanan udara hanya pada tekanan bawah saja, kesimpulannya adalah waktu tekanan μR2 , bidang lingkaran dimana kedua paroh gelembung bertemu. Untuk penjumlahan tekanan ini menjadi nol, kita harus membuat :

(γ) (2 μ R) = ρ (μ R2 )
              ρ = 4 μ
               R

Secara umum, tekanan luar gelembung bukanlah nol, tetapi persamaan diatas masih memberikanperbedaan antara tekanan outside dan inside (bagian dalam dan luar). Jika tekanan outside adalah tekanan atmosfer ρa, maka
                ρ - ρa    = 4 γ (gelembung sabun)
                               R
Suatu tetesan zat cair hanya mempunyai satu film permukaan. Karena itu tekanan ketegangan permukaan adalah γ (2 μ R), setengah adalah untuk gelembung sabun :
               ρ - ρa = (tetasan zat cair)
                            R
Semakin kecil radius (jari – jari) dari gelembung atau tetesan, semakin besarperbedaan tekanannya. Suatu tekanan yang besar dibutuhkan untuk menekan air sampai menjadi celah – celah yang kecil, karena air harus membentuk radius R yang paling ditekan.

Prinsip Dasar Pengaplikasian Tegangan Permukaan.
Tegangan permukaan terjadi karena permukaan zat cair cenderung untuk menegang sehingga permukaannya tampak seperti selaput tipis. Hal ini dipengaruhi oleh adanya gaya kohesi antara molekul air. Agar semakin memahami penjelasan ini, perhatikan ilustrasi berikut. Kita tinjau cairan yang berada di dalam sebuah wadah.
Molekul cairan biasanya saling tarik menarik. Di bagian dalam cairan, setiap molekul cairan dikelilingi oleh molekul-molekul lain di setiap sisinya; tetapi di permukaan cairan, hanya ada molekul-molekul cairan di samping dan di bawah. Di bagian atas tidak ada molekul cairan lainnya. Karena molekul cairan saling tarik menarik satu dengan lainnya, maka terdapat gaya total yang besarnya nol pada molekul yang berada di bagian dalam cairan. Sebaliknya, molekul cairan yang terletak dipermukaan ditarik oleh molekul cairan yang berada di samping dan bawahnya. Akibatnya, pada permukaan cairan terdapat gaya total yang berarah ke bawah. Karena adanya gaya total yang arahnya ke bawah, maka cairan yang terletak di permukaan cenderung memperkecil luas permukaannya, dengan menyusut sekuat mungkin. Hal ini yang menyebabkan lapisan cairan pada permukaan seolah-olah tertutup oleh selaput elastis yang tipis. Fenomena ini kita kenal dengan istilah Tegangan Permukaan.
Persamaan Tegangan Permukaan
Pada pembahasan sebelumnya, kita telah mempelajari konsep tegangan permukaan secara kualitatif (tidak ada persamaan matematis). Kali ini kita tinjau tegangan permukaan secara kuantitatif. Untuk membantu kita menurunkan persamaan tegangan permukaan, kita tinjau sebuah kawat yang dibengkokkan membentuk huruf U. Sebuah kawat lain yang berbentuk lurus dikaitkan pada kedua kaki kawat U, di mana kawat lurus tersebut bisa digerakkan (lihat gambar di bawah).
Jika kawat ini dimasukan ke dalam larutan sabun, maka setelah dikeluarkan akan terbentuk lapisan air sabun pada permukaan kawat tersebut. Mirip seperti ketika dirimu bermain gelembung sabun. Karena kawat lurus bisa digerakkan dan massanya tidak terlalu besar, maka lapisan air sabun akan memberikan gaya tegangan permukaan pada kawat lurus sehingga kawat lurus bergerak ke atas (perhatikan arah panah). Untuk mempertahankan kawat lurus tidak bergerak (kawat berada dalam kesetimbangan), maka diperlukan gaya total yang arahnya ke bawah, di mana besarnya gaya total adalah F = w + T. Dalam kesetimbangan, F = gaya tegangan permukaan yang dikerjakan oleh lapisan air sabun pada kawat lurus.
Misalkan panjang kawat lurus adalah l. Karena lapisan air sabun yang menyentuh kawat lurus memiliki dua permukaan, maka gaya tegangan permukaan yang ditimbulkan oleh lapisan air sabun bekerja sepanjang 2l. Tegangan permukaan pada lapisan sabun merupakan perbandingan antara Gaya Tegangan Permukaan (F) dengan panjang permukaan di mana gaya bekerja (d). Untuk kasus ini, panjang permukaan adalah 2l. Secara matematis, ditulis :
Karena tegangan permukaan merupakan perbandingan antara Gaya tegangan permukaan dengan Satuan panjang, maka satuan tegangan permukaan adalah Newton per meter (N/m) atau dyne per centimeter (dyn/cm).



Berikut ini beberapa nilai Tegangan Permukaan yang diperoleh berdasarkan percobaan :
Zat cair yang
bersentuhan dengan udara
Suhu (oC)
Tegangan Permukaan
(mN/m = dyn/cm)
Air
0
75,60
Air
20
72,80
Air
25
72,20
Air
60
66,20
Air
80
62,60
Air
100
58,90
Air sabun
20
25,00
Minyak Zaitun
20
32,00
Air Raksa
20
465,00
Oksigen
-193
15,70
Neon
-247
5,15
Helium
-269
0,12
Aseton
20
23,70
Etanol
20
22,30
Gliserin
20
63,10
Benzena
20
28,90
Berdasarkan data Tegangan Permukaan, tampak bahwa suhu mempengaruhi nilai tegangan permukaan fluida. Umumnya ketika terjadi kenaikan suhu, nilai tegangan permukaan mengalami penurunan (Bandingkan nilai tegangan permukaan air pada setiap suhu. Lihat tabel). Hal ini disebabkan karena ketika suhu meningkat, molekul cairan bergerak semakin cepat sehingga pengaruh interaksi antar molekul cairan berkurang. Akibatnya nilai tegangan permukaan juga mengalami penurunan.

1 komentar: