Pengertian Tegangan Permukaan Beserta Rumus Lengkap

Baca Juga

Ad1

Ad2

PEMUDABERSATU.COM - Cairan mempunyai sifat menyerupai gas dalam hal gerakannya yang mengikuti gerakan Brown dan daya alirnya (fliditasnya). Selain itu, cairan juga menunjukan adanya tegangan permukaan yang merupakan salah satu sifat penting lainnya dari cairan.

TEGANGAN PERMUKAAN

Permukaan cairan berperilaku seperti lapisan yang cenderung mengambil bentuk permukaan paling sempit dan memiliki tegangan. Penjepit kertas dapat mengapung diatas permukaan air dan tetes-tetes embun yang jatuh pada sarang laba-laba berbentuk bola merupakan contoh dari fenomena tegangan permukaan. Untuk artikil kali ini akan kita bahas secara lengkap pengertian tegangan permukaan berserta rumus dan faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan.

Tegangan Permukaan Zat Cair

Koefisien tegangan permukaan zat cair mempunyai sifat ingin meregang, sehingga permukaannya seolah olah ditutupi oleh suatu lapisan yang elastis. Menurut Jurnal tegangan zat cair, hal ini disebabkan adanya gaya tarik menarik antara partikel sejenis didalam zat cair sampai kepermukaan, Adanya gaya atau tarikan kebawah menyebabkan permukaan cairan berkontraksi dan berada dalam keadaan tegang. Tegangan ini disebut dengan tegangan permukaan.

Adanya tegangan permukaan menyebabkan permukaan cairan seperti ditutupi oleh hamparan selaput yang elastis, sehingga mempu menahan suatu benda untuk terapung meskipun memiliki berat jenis yang besar dari pada air. Selain itu akibat tegangan permukaan zat cair adalah selalu berusaha untuk menyusut atau mendapatkan luas permukaan terkecil karena bentuk tegangan permukaan zat cair ini dianggap mempunyai energi yang palin rendah. Beberapa contoh peristiwa tegangan permukaan cair dalam kehiduapan sehari hari antara lain:

1. Peristiwa tegangan permukaan cair yang pertama adalah Serangan kecil seperti laba-laba dan nyamuk dapat berjalan di atas permukaan air
2. Peristiwa tegangan permukaan cair kedua adalah Peristiwa terapungnya pisau silet, jarum jahit atau klip kertas diatas permukaan air meskipun rapatannya lebih besar daripada air.
3. Peristiwa tegangan permukaan cair ketiga adalah Butir-butir tanah liat yang basah akan saling menempel.
4. Peristiwa tegangan permukaan cair keempat adalah Tetesan air hujan atau air yang keluar diujung keran membuat bentuk hampir bulat.
5. Peristiwa tegangan permukaan cair kelima adalah Terbentuknya gelembung-gelembung sabun.

Artikel Terkait : Pengertian, Sifat Dan Tekanan Gas Ideal

Gaya Tegangan Permukaan

Salah santu contoh untuk mengetahui nilai tegangan permukaan air ialah jika sebuah kawat dicelupkan kedalam air sabun dan dikeluarkan, maka pada kawat akan terbentuk lapisan tipis air sabun. Permukaan lapisan cair dapat diperluas dengan gaya sebesar F. Tetapi apabila gaya tegangan permukaan ini ditiadakan, maka lapisan cairan akan kembali pada keadaan semula. Hal ini disebabkan adanya gaya-gaya yang bekerja pada permukaan cairan akibat tegangan permukaan dengan arah yang berlawanan. Pada keadaan seimbang yaitu ketika kawat AB tidak bergeser, besarnya gaya F sama dengan gaya tegangan permukaan sepanjang kawat AB.

Definisi tegangan permukaan cair sebagai persatuan panjang pada permukaan cairan yang melawan ekpansi dari luas permukaan. Apabila gaya F bekerja pada permukaan cairan sepanjang kawat AB, maka besarnya tegangan permukaan y dirumuskan sebagai y = F/d.

Dalam hal ini d = 2 , sehingga y = F/ 2 I atau F = 2 y I.

Faktor 2 dimasukkan karena ada 2 permukaan cairan, satu dibagian muka dan satu dibagian belakang. Definisi tegangan permukaan juga dapat diartikan sebagai usaha yang diperlukan untuk memperbesar luar permukaan cairan sebanyak satu satuan.

Artikel Terkait : Hukum Hukum Gas Terlengkap dan Contoh Soalnya

Gejala Meniskus Dan Sudut Kontak

Pada umumnya zat cair memiliki permukaan mendatar, tetapi apabila zat cair bersentuhan dengan zat padat atau dinding bejana, maka permukaan pada bagian tepi yang bersentuhan dengan dinding akan melengkung. Gejala kapilaritas melengkungnya permukaan zat cair disebut dengan meniskus. Ada dua jenis minikus yaitu meniskus cekung dan meniskus cembung.

Pada saat kesetimbangan, tegangan permukaan dan tegangan antarmuka atau sudut kontak dapat ditentukan menggunakan rumus persamaan sebagai berikut.

Rumus ypadat = ycair Cos ∅ + ypadat-cair,

atau


ypadat = tegangan permukaan padatan.
ycair = tegangan permukaan cairan.
ypadat-cair = tegangan permukaan antara permukaan padat dan cair.

Artikel Terkait : LARUTAN - PENGERTIAN, RUMUS DAN SOAL LARUTAN TERLENGKAP

Pengukuran Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan cairan dapat ditentukan dengan 3 metode pengukuran tegangan permukaan, diantaranya dianggap sederhana dan cukup teliti, yaitu metode kenaikan kapiler, metode wilhelmy  plate melalui penarikan pelat tipis vertikal yang tercelup sebagian dalam cairan dan metode cincin du nouy.

a. Metode Kenaikan Kapiler.
Metode kenaikan kapiler ini disebabkan oleh adanya tegangan permukaan yang bekerja pada permukaan cairan yang menyentuh dinding sepanjang keliling pipa kapiler. Akibat tegangan permukaan dengan metode kenaikan kapiler ini,  maka pipa akan memberikan sebuah gaya reaksi pada permukaan cairan yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Pada peristiwa naik atau terangkatnya cairan pada kolom pipa besarnya gaya keatas akibat tegangan permukaan persamaan dapat dirumuskan. F1 = 2 π r y cos ∅

Keterangan:
F1 = gaya keatas akibat tegangan permukaan.
r = jari-jari kapiler
y = tegangan permukaan
∅ = sudut kontak

Kenaikan cairan tidak dapat berlangsung terus, karena pada permukaan cairan juga bekerja gaya gravitasi akibat berat cairan (F2) yang arahnya ke bawah dengan rumus. F2 = d g V.
Karena V - p r² h, maka persamaan dapat ditulis F2 = π  r² h g.

Keterangan :
d - rapatan cairan.
g = percepatan gravitasi
h = kenaikan atau penurunan cairan dalam kapiler.

b. Metode Wilhelmy Plate

Metode pelat Wilhelmy didasarkan pada sebuah gaya yang diperlukan untuk menarik pelat tipis dari permukaan cairan. Penetapan metode pelat wilhelmy diperlukan alat dari pelat atau lempeng tipis terbuat dari kaca, platina atau mika dan sebuah neraca. Pada saat pelat terlepas dengan menganggap sudut kontak ∅ = 0, berlaku hubungan.

Rumus F = W + 2 I y.

Sehingga tegangan permukaan dapat dihitung dengan menggunakan rumus metode wilhelmy plate sebagai y= F-W / 2I.
Keterangan :
y = tegangan permukaan
F = gaya tarik yang dicatat
W = berat lempeng (pelat)
I = lebar lempeng
2 = adalah faktor karena ada 2(dua) permukaan pada lempeng

c. Metode Cincin Du Nouy

Metode cincin du nouy ini digunakan secara luas untuk menentukan tegangan permukaan dan tegangan antarmuka. Selain dapat digunakan untuk mengukur tegangan permukaan cairan - udara. Metode cincin du nouy  juga dapat digunakan untuk menentukan tegangan permukaan cairan-cairan, seperti tegangan antar muka benzena-air atau minya-air.

Besarnya tegangan permukaan suatu cairan (y) dapat dihitung dengan menggunakan rumus metode cincin du nouy :




Artikel Terkait : Sifat Sifat Larutan Beserta Rumusnya

Jurnal metode tekanan maksimum gelembung

Pembahasan tegangan permukaan ini menyebabkan adanya sebuah perbedaan tekanan antara bagian luar gelembung sabun (gelembung udara dalam cairan) dan tekanan bagian dalam. Tekanan bagian dalam biasanya selalu lebih besar dari sisi bagian luar gelembung. Gelembung tersebut berbentuk bola ini mendapat tekanan ∆P. Gaya yang diterima sama dengan tekanan ∆P kali luas permukaan  ( πR² ) atau sebesar (∆PπR²). Gaya ini diimbangi oleh gaya akibat tegangan permukaan yang diberikan dua buah dinding gelembung sebesar = 2yπR). Karena jumlah kedua gaya menjadi nol maka berlaku hubungan dengan rumus metode tekanan maksimum gelembung :

∆Pπ R² = 4 y π R
∆P R = 4y
atau
∆P = 4y/R

Untuk gelembung udara dalam tetesan air (cairan), hanya memiliki 1(satu) permukaan tipis. Karena itu gaya tegangan permukaannya setengah dari gelembung sabun. Rumus persamaan sebagai berikut.
∆P

Keterangan
 y= tegangan permukaan
R = jari-jari gelembung
∆P = beda tekanan didalam dan diluar gelembung.

Persamaan diatas dikenal sebagai hukum laplace, yang juga berlaku pada gelembung-gelembung halus atau alveoli pada paru-paru.

Artikel Terkait : Pengertian dan Rumus Hukum Viskositas

Faktor-Faktor Yang Memengaruhi Tegangan Permukaan

Tegangan permukaan cair y, berbeda-beda bergantung pada jenis cairan dan suhu. Biasanya cairan yang memiliki gaya tarik antara molekulnya besar seperti air, maka tegangan permukaannya juga akan besar. Sebaliknya pada cairan seperti bensin karena gaya tarik antra molekulnya kecil, maka tegangan permukaannya juga kecil.

Faktor yang mempengaruhi tegangan permukaan cairan turun bila suhu naik, karena dengan bertambahnya suhu molekul-molekul cairan bergerak lebih cepat dan pengaruh interaksi antara molekul berkuranf sehingga tegangan permukaan menurun. Pada suhu yang sama tegangan permukaan logam cair dan lelehan garam lebih besar bila dibandingkan dengan cairan organik.