Yüzey Gerilimi

Sıvı damlacıkların bulundukları yüzeyler üzerinde küresel bir şekil aldıklarını görmüşüzdür. Yaprak üzerindeki çiğ damlası, havaya uçan küresel sabun köpüğü, yüzey üzerinde dağılmadan yuvarlanıp giden civa damlası gibi. Sıvıların bu davranışı göstermelerinin sebebi yüzey gerilmesidir.

Bu tip durumlarda sıvı yüzeyleri elastik bir zar gibi davranırlar. Sıvı moleküllerinin birbirlerini çekmesi sonucu yüzeyde oluşan bu gerilmeye yüzey gerilmesi adı verilir.

Bir sıvı içerisinde,yüzeyde olan ve yüzeyde olmayan moleküllerinin incelenmesi, bu durumu

daha kolay anlayabilmemizi sağlar. Moleküller birbirlerine çekim kuvveti uygulamaktadırlar. Sıvı içerisindeki moleküllere uygulanan kuvvetler simetriktir, ve birbirlerini dengelerler. Yüzeyde ise durum farklıdır. Sıvı moleküllerin üzerinde gaz moleküller vardır ve bunların uyguladıkları çekim kuvvetleri çok düşüktür. Dolayısıyla sıvı moleküllerinin birbirlerine uyguladıkları kuvveti dengeleyemezler ve yüzeyde bir gerilme oluşur.

Küçük çelik iğnenin suya batmaması, bazı böceklerin su üzerinde yürüyebilmeleri, bunların ağırlıklarıyla sıvının yüzey gerilimine karşı koyamamalarından kaynaklanmaktadır.

Yüzey Geriliminin Bağlı Olduğu Etkenler

• Sıvı türü: Su, etil alkol ve civanın yüzey gerilimleri birbirinden farklıdır. Bu molekül yapılarının farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Oda sıcaklığında bulunan suyun yüzey gerilimi 0,073 N/m, etil alkolün 0,022 N/m ve civanın 0,472 N/m’dir.
• Sıcaklık etkisi: Sıcaklık arttıkça yüzey gerilimi azalmaktadır. Çünkü moleküllerdeki titreşim artar ve bu sebeple aralarındaki kohezyon bağları zayıflar.
• Sabun ve deterjan eklemek: Bu iki maddenin molekülleri sıvı moleküllerinin arasına yerleşip kohezyon bağlarını bozar.
• Yüzey geriliminin özkütle ile ilişkisi karmaşıktır, doğrudan bir ilişki kurmamak gerekir.

Kılcallık Etkisi

Su dolu bir kap içerisine küçük çaplı cam bir boru daldırdığımızda suyun boru içerisinde yükseldiğini görürüz. Bu etki “Kılcallık Etkisi” olarak adlandırılır. Uzun ağaçların yüksekteki yapraklarına kadar suyun ulaşması da yine bu etki ile gerçekleşir. Ancak su yerine civa dolu bir kaba cam bir boru daldırdığımızda, civanın sudan farklı olarak boru içerisinde alçaldığı gözlemlenir. Bu durumun anlaşılması için bilmemiz gereken iki kavram vardır.

1-Kohezyon

Kohezyon kuvveti, su-su çifti gibi benzer moleküller arasında oluşan çekim kuvvetidir.

2-Adhezyon

Adhezyon kuvveti ise, birbirlerinden farklı moleküller arasında gerçekleşen çekim kuvvetidir. (su-cam gibi.)

Sıvı dolu bir kaba batırılan cam boruyu düşündüğümüzde, su ve civa örneğindeki gibi gerçekleşecek iki ihtimal vardır. Eğer sıvının kendi molekülleri arasındaki çekim kuvveti (Kohezyon) sıvı ile cam molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden (Adhezyon) küçük ise sıvı cam tarafından çekilecek ve  yükselecektir.(su-cam) Eğer kuvvetler arasındaki büyüklük tam tersi ise su boru içerisinde alçalır. (civa-cam) Bu durum sıvının çevresindeki yüzeyi ıslatmaya ya da ıslatmamaya yönelik davranması şeklinde de isimlendirilir.

Kılcallık Etkisi İle Yükselme

Bir sıvı kılcallık etkisi ile yükselirken kendi ağırlığı bu yükselmeye ters yönde etki edeceğinden, sıvının yoğunluğu yükselme ile ters orantılıdır. Ayrıca kılcallık etkisi temas yüzeyleri arasında gerçekleşir. Bu açıdan kılcal borunun çapı arttıkça, sıvının temas yüzeyi dışındaki yükselmeye ters etki eden kısmı artacağından,çap genişlemesi de yükselmeye olumsuz etki yapar.Bu yüzden uygulamada kılcallık etkisi 1 cm’den büyük çaplar için ihmal edilir.

Kaynak

• Akışkanlar Mekaniği Temelleri Ve Uygulamaları/Akışkanların Özellikleri/Yüzey Gerilimi Ve Kılcallık Etkisi.
• https://socratic.org/questions/the-surface-tension-of-benzene-at-20-c-is-28-85-dyne-cm-in-a-capillary-apparatus
• http://dersnotlari.web.tr/fizik-ders-notlari/adezyon-ve-kohezyon.html