Puwersa ng Kohesyon at Pagdikit
Ang puwersa ng pagkakaisa ay isang puwersa ng atraksyon sa pagitan ng mga molekula sa isang katulad na substansiya, habang ang puwersa ng atraksyon sa pagitan ng mga molekula ng isang hindi pantay na substansiya ay tinatawag na Adhesion Force. Halimbawa, nagbubuhos tayo ng tubig sa isang baso. Nangyayari ang pagkakaisa kapag ang mga molekula ng tubig ay nag-aakit sa isa't isa, habang ang pagdikit ay nangyayari kapag ang mga molekula ng tubig at mga molekula ng salamin ay nag-aakit sa isa't isa.
Anggulo ng contact
Bago matutunan ang konsepto ng Capillarity, uunawain muna natin kung paano ang impluwensya ng puwersa ng pagdikit at puwersa ng kohesyon sa capillary. Halimbawa, susuriin natin ang likido sa isang baso. Kapag ang puwersa ng kohesyon ng molekula ng likido ay mas malakas kaysa sa puwersa ng pagdikit (ang puwersa ng paghila sa pagitan ng molekula ng likido at ng molekula ng salamin), ang ibabaw ng likido ay bubuo ng pataas na kurba. Ang isang halimbawa ng kasong ito ay kapag ang tubig ay nasa isang baso. Kadalasan, sinasabing binabad ng tubig ang ibabaw ng salamin. Sa kabaligtaran, kung ang puwersa ng pagdikit ay mas malakas, ang ibabaw ng likido ay kukurba pababa. Halimbawa, kapag ang mercury ay nasa isang baso.
Ang anggulong nabuo ng kurba ay tinatawag na anggulo ng kontak. Kapag ang puwersa ng pagkakaisa ng likido ay mas mataas kaysa sa puwersa ng pagdikit, ang anggulo ng kontak na nalilikha ay karaniwang mas maliit sa 90°C.o (pigura a). Sa kabaligtaran, kung ang puwersa ng pagdikit ay mas mataas kaysa sa puwersa ng kohesyon ng likido, ang anggulo ng kontak na nalilikha ay mas malaki sa 90o (pigura b). Ang mga puwersa ng pagdikit at mga puwersa ng kohesyon ay teoretikal na mahirap kalkulahin, ngunit ang mga anggulo ng kontak ay maaaring masukat. Ano ang kinalaman nito sa capillarity?
Konsepto ng Kapilarya
Kung ang puwersa ng pagkakaisa ng likido ay mas malaki kaysa sa puwersa ng pagdikit, ang ibabaw ng likido ay guguluhin pataas. Kapag nagpasok tayo ng manipis na tubo o tubo (isang tubo na ang diyametro ay mas maliit kaysa sa lalagyan), ang likido sa lalagyan ay umaakyat sa haligi ng tubo. Ito ay dahil ang puwersa ng kabuuang tensyon sa ibabaw sa kahabaan ng dingding ng tubo ay gumagana pataas. Ang pinakamataas na taas na maaaring makamit ng isang likido ay kapag ang puwersa ng tensyon sa ibabaw ay katumbas ng bigat ng likido sa tubo. Kaya, ang likido ay maaari lamang tumaas sa taas kung saan ang puwersa ng tensyon sa ibabaw ay balanse sa bigat ng likido sa tubo.
Sa kabaligtaran, kung ang puwersa ng pagdikit ay mas malaki kaysa sa puwersa ng pagkakaugnay ng likido, ang ibabaw ng likido ay kukurba pababa. Kapag nagpasok tayo ng manipis na tubo o tubo (isang tubo na mas maliit ang diyametro kaysa sa lalagyan), bubuo ito ng ibabang bahagi ng likido (tingnan ang larawan sa ibaba).
Ang epektong ito ay kilala bilang capillary, at ang manipis na tubo ay tinatawag na capillary tube. Tandaan na ang ating pinakamaliit na daluyan ng dugo ay maaari ding tawaging capillary pipes dahil ang sirkulasyon ng dugo sa maliliit na daluyan ng dugo ay nangyayari rin dahil sa mga epekto ng capillary. Gayundin, ang penomeno ng pagtaas ng pagkatunaw ng wax o kerosene sa axis. Bukod pa rito, pinaniniwalaan din na ang capillarity ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagpasa ng tubig at mga masustansyang sangkap mula sa mga ugat patungo sa mga dahon sa pamamagitan ng mga daluyan ng xylem. Kung walang capillarity, ang ibabaw ng lupa ay agad na matutuyo pagkatapos ng ulan. Ang isa pang makabuluhang epekto ng capillarity ay ang pagpapanatili ng tubig sa mga puwang sa pagitan ng mga partikulo ng lupa.
Ekwasyon ng Kapilarya
Paano natin matutukoy ang taas ng tubig na tumataas sa haligi ng tubo ng capillary? Ang pagtaas ng likido sa haligi ng tubo ng capillary, na may radius na r hanggang sa taas na h. Ang puwersang kumikilos sa paghawak sa likido sa taas na h ay ang bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw sa patayong direksyon: F cos θ.
Ang itaas na bahagi ng tubo ng kapilyar ay bukas upang mayroong presyon ng atmospera sa ibabaw ng likido. Ang haba ng nakadikit na ibabaw sa pagitan ng likido at ng tubo ay 2πr (circumference). Kaya, ang magnitude ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ng mga patayong bahagi na gumagana sa ibabaw ng nakadikit na ibabaw ay:
F = Puwersa ng tensyon sa ibabaw, γ = Tegangan sa ibabaw, r = radius ng tubo ng capillary, θ = Anggulo ng kontak
Kung hindi papansinin ang kurbadong pataas na ibabaw, ang dami ng likido sa tubo ay:
Dami ng likido = ang lawak ng ibabaw ng tubo x ang taas ng likido
V = A h
V = (π r 2 ) h
Kung ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay balansehin sa bigat ng haligi ng likido sa tubo ng capillary, hindi na muling aakyat ang likido. Sa madaling salita, ang likido ay aabot sa pinakamataas nitong taas, kung ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay balansehin sa bigat ng likido, na kasingtaas ng h. Ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay:
F = γ 2 π r cos θ
Habang ang bigat ng likido sa tubo ng capillary ay:
w = mg
w = ρ V g
w = ρ (π r 2 h) g
Kapag naabot ng likido ang pinakamataas na taas nito (h), ang patayong bahagi ng puwersa ng tensyon sa ibabaw ay dapat na katumbas ng bigat ng likido sa tubo ng capillary. Sa matematika, nakasulat:
Ito ang ekwasyon na ating hinahanap. Kung gusto mong matukoy ang taas ng hanay ng likido, mangyaring isaalang-alang ang paggamit ng ekwasyon na ito.
