Kılcallık

Uluslararası Uzay İstasyonunda, kılcal akışın ve kılcallık olayının incelenmesi için kurulan düzenek

Kılcallık ya da Kapiler Olay, bir maddenin başka bir maddeyi kendine çekmesi olayıdır. Bir bitkinin iletim sisteminde veya pürüzlü kâğıtla kolayca gözlenebilir. Bir sıvı ile başka bir maddenin moleküler seviyedeki çekiminin, sıvının kendi molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden daha kuvvetli olması sonucunda meydana gelir. Bu etki sıvının dik bir yüzeye dokunduğu kısımda sıvı yüzeyinin menisküs denilen içbükey bir hâl almasına sebep olur. Aynı etki sünger gibi maddelerin suyu emmesinde de görülür.

Kılcallığı gözlemlemek için en çok kullanılan deney düzeneği kılcal borulardır. Cam bir borunun, dikey vaziyette, su gibi bir sıvının içine batırılması sonucunda konkav bir menisküs oluşur. Yüzey gerilimi, sıvı kolonunu, yer çekimi ile moleküller arası kuvvetler dengeye gelene kadar yukarı çeker. Sıvı kolonunun ağırlığı borunun yarıçapının karesiyle, sıvı ve boru arasındaki temas uzaklığı borunun yarıçapıyla orantılı olduğundan dar bir boru, sıvıyı geniş bir borudan daha yukarı taşır. Örnek olarak, 0,5 mm yarıçaplı cam bir boru suyu ortalama 2,8 mm yüksekliğe ulaştırır.

Bazı madde çiftlerinde, mesela cam ve cıva ikilisinde, atomlar arasındaki kuvvetler, sıvı ile katı arasındaki çekim kuvvetinden güçlüdür. Bu yüzden konveks bir menisküs oluşur ve kılcallık tersine işler.

SI

SI birim sistemi dikkate alınarak, sıvı kolonunun yüksekliği h şu formülle bulunur:^[1]

${\displaystyle h={2{\gamma \cos {\theta }} \over {\rho gr}}}$

Burada:

• ${\displaystyle \scriptstyle \gamma }$ sıvı yüzey gerilimini (J/m² ya da N/m)
• θ temas açısını
• ρ sıvının yoğunluğunu (kg/m³)
• g yer çekimi ivmesini (m/s²)
• r tüpün yarıçapını (m)

Deniz seviyesinde, su ve cam boru kullanılarak

${\displaystyle \scriptstyle \gamma }$, 20 °C'de 0,0728 J/m²

θ, 20° (0,35 rad)

ρ, 1000 kg/m³

g, 9,8 m/s²dir.

Bu veriler göz önüne alınarak h'yi veren formül şöyle düzenlenebilir.

${\displaystyle h\approx {{1.4\times 10^{-5}} \over r}}$

Yani 2 metre çapında bir boruda su, 0,014 mm gibi fark edilmeyecek bir birimde yükselirken, 2 cm çapındaki bir boruda sonuç 1,4 mm olmakta ve 0,2 mm çapındaki bir boruda ise su 140 mm yükselmektedir.

Kaynakça

1. G.K. Batchelor, 'An Introduction To Fluid Dynamics', Cambridge Üniversitesi Yayınları (1967)