VİSKOZİTE (AKICILIK)

Maddenin bulunduğu bir hal de sıvı durumudur. Sıvıları meydana getiren moleküller birbirlerinin üzerinden kayabilirler. Bu nedenle içine konuldukları kabın şeklini alırlar. Sıvılar üzerlerine uygulanan basıncı her yöne doğru iletirler. Sıvılar gazlara göre sesi daha iyi iletirler. Sıvıların aynı sıcaklık ve basınçta yoğunlukları her zaman aynı değerdedir. Sıvılar sıkıştırılamaz (Sıkıştırılabilir olmalarına rağmen bu değer çok küçük olduğu için, sıkıştırılamaz kabul edilebilir).

Viskozite (eskiden “ lüzucet”, bugün ise “ viskozite” denilen özellik), akışkanların diğer önemli bir fiziksel özelliği olup kelime olarak Fransızcadan aynen alınmıştır.

Nitel bir tanım ile: “ Viskozite, akışkanın etkilendiği kuvvetler altında şekil değiştirmeye gösterdiği dirençtir”.

Şekil-1-2: Farklı Sıvıların Akıcılığı

Ne kadar zor şekil değiştirebiliyorsa, akışkan o kadar viskoz ve ne kadar kolay şekil değiştirebiliyorsa akışkan o kadar az viskozdur. Su, alkol gibi sıvılar ile gazlar az viskoz, fakat yağ, parafin, bitüm gibi akışkanlar ise giderek artan derecede viskozdurlar. Gerçekten benzer veya eşit şartlarda yağ (makine yağı veya zeytinyağı) dolu bir kap, su dolu bir kaptan daha uzun sürede boşalır.

KAPİLARİTE (KILCALLIK ETKİSİ)

Kılcallık olayı ilk defa Leonardo da Vinci tarafından ortaya çıkarılmıştır. Ancak bu konudaki ilk hassas ölçüler Francis Hauksbee tarafından yapılmıştır.

Kılcallık olayını yüzey gerilim kuvvetleri ve çekim kuvvetleriyle açıklamak mümkündür. Buna göre yüzeyden uzakta bulunan birçok küçük su küresine etki eden çekim kuvveti en yakın çevresinden gelir ve biraz uzaklaşılırsa sıfıra yaklaşır.

Bir sıvı ile başka bir maddenin moleküler seviyedeki çekiminin , sıvının kendi molekülleri arasındaki çekim kuvvetinden daha kuvvetli olması sonucunda Kılcallık ya da Kapiler Olay meydana gelir. Bir bitkinin iletim sisteminde veya pürüzlü kâğıtla kolayca gözlenebilir.

Serbest yüzey sıvı, gaz ve katı gibi üç maddenin bir noktada buluşmaları ile ortaya çıkmış ise, bu halde sıvı molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetleri ile, sıvı-katı arasındaki adhezyon (yapışma) kuvvetlerinin sonucu olarak yüzey çekilmesi ortaya çıkar. Yüzeysel çekilmenin değeri sıvı, gaz ve katı cismin cinslerine göre farklılıklar gösterir. Her üç maddeyi belirterek yüzeysel çekilmenin değerini bulmak gerekir. Örneğin su-hava-cam için yüzey çekilmesi, su-hava-demir üçlüsünün yüzey çekilmesinden farklıdır.

Sıvı küresinde etki eden kuvvetler, sıvı küreciği yüzeyden uzakta olduğunda moleküller arası kuvvetlerle dengelenirler. Ancak, sıvı küreciği sıvı yüzeyine yakın ise bu dengelenme düşey doğrultuda olmaz ve yüzeyden içeri doğru bastırılır. Bu işler yüzeye yakın bütün sıvı kürecikleri için doğru olur. Böylece yüzeyde belirli bir tabaka içeri doğru bastırılmış olur ki, bu da yüzey gerilimi doğurur.

Şekil-1: Kılcallık Etkisinin Gözlenmesi

            Serbest yüzeyin eğrisel bir yüzey olması halinde, yüzey çekilmesi, serbest yüzeyin altında moleküller ile üstündeki moleküller arasında bir basınç farkı meydana getirir. Bu basınca “kılcal basınç” denir. Kılcal basınç nedeni ile ince (kılcal) borularda sıvılar yukarı veya aşağı doğru hareket eder ve sonuçta belirli bir seviyede durur. Bu olaya da “kılcallık” denir. Kılcal boruda sıvı yükselirse bu sıvıya “ıslatan sıvı” aksi halde “ıslatmayan sıvı” denir. Su, şarap, gliserin gibi sıvılar ıslatan sıvılar olmasına karşın, cıva ıslatmayan sıvılara örnektir.

Yüzey çekilmesinin önem taşıdığı olaylar arasında kılcal dalgaların mekaniğini (çay bardağının titreşmesi halinde çayın yüzeyinde oluşan kırışıklıklar) ve yer altı sularının modellemesinde kullanılan Hele-Shaw (Hele-Şov) aletindeki gibi bazı olayları saymak olanaklıdır.

Kılcallık olayının rastlandığı bir yer de damlalıklarda sıvı ilaçların yükselmesidir. Bunlardan başka rastlandığı değişik bir yer de, ağaçlarda suyun topraktan ağacın diğer bölümlerine çıkmasıdır.

 

Şekil-2 : Ağaçlarda Kılcallık Etkisi

Bir küp şeker parçası, fincandaki çayın ya da bir başka sıvının yüzeyine değdirilirse, sıvının şekerin içine emilerek yukarı doğru yükseldiğini görürüz. Kurutma kâğıdında mürekkebin, ucu suya batırılmış havluda suyun, lamba fitilinde gazyağının emilerek yukarı yükselmesi de buna benzer. Yerçekimi kuvvetine karşı gerçekleşen bu harekete kılcal etki ya da kılcallık denir.

Şekil-3: Sanatçı Oscar Diez’ in Kılcallık Etkisini Kullanarak Yaptığı Takvim

ADHEZYON VE KOHEZYON KUVVETLERİ

Herhangi bir maddeyi oluşturan küçük parçacıklara molekül denir.  Moleküller arasında oluşan çekim kuvveti sıvılarda bazı özelliklerin görülmesini sağlar. Bu kuvvetleri aynı tür ve farklı tür moleküllerin birbirine yaptığı kuvvet olarak verebiliriz.

Kohezyon: (Latince cohaerere) bir arada bulunma anlamındadır. Molekül çekim kuvveti demektir. Aynı cins moleküllerin arasındaki çekim kuvvetine denir. Kohezyon sıvı ve katı (gazlarda ihmal edilebilecek kadar küçüktür) maddelerde görülür. Bu maddelerin moleküllerindeki pozitif ve negatif yükler arasında oluşur. Bağların ömrü saniyenin trilyonda biri kadardır; ancak komşu moleküller arasında sürekli yeni bağ kurulur ve bu da bileşiği bir arada tutar. Bu olgu sonucunda sıvılardaki yüzey gerilimi adı verilen olgu meydana gelir.

Bu kuvvet suyun veya yoğun bir sıvının moleküllerini bir arada tutan kuvvettir. Bir musluktan su damlarken önce küçük bir damla oluştuğunu, sonra damlanın büyüyüp aşağı doğru uzadığını ve nihayet musluktan kopup bağımsız halde, fakat yine de bir bütün olarak yere doğru düştüğünü gözlemişizdir. Aşağıdaki resimde bu durum görülmektedir. Resimde damlanın nasıl da musluktan ayrılmamak için direndiğini, nasıl da yerçekimi kuvvetine karşı koymaya çalıştığını görüyoruz.

Şekil-1 : Su Damlasının Düşmesi

Adhezyon (Yapışma) Kuvveti ise farklı iki madde arasında var olan ve bu iki maddenin birbirine yapışmasını sağlayan çekim kuvvetidir. Günlük hayatta adhezyonun örneklerini sıkça görmekteyiz. Yağmur damlalarının cama yapışması, denizden çıkan bir insanın vücudunun ıslak kalması, durgun bir su üzerinde hareket eden yaprağın suyu sürüklemesi ve benzeri durumlar adhezyona örnektir. Adhezyon, bir sıvının (örneğin suyun veya yoğun bir sıvının) cama yapışması durumunda etkin olan kuvvettir. Çay içerken bardağı kaldırdığınızda küçük çay tabağının da birlikte kalktığına çok kere şahit olmuşuzdur. İşte iki cam tabakayı birbirlerine yapıştıran, suyun özelliği olan Adezyon kuvvetidir.

Bir sıvının molekülleri ile içinde bulunduğu kabın yüzeyi arasındaki kuvvetler adhezyon kuvvetlerdir. Tüm bilinen yapıştırıcı maddeler bu kuvvetlerin işleyişi prensibine dayanılarak üretilir.

Bitkilere Etkisi:

Hidrojen bağlarının sonucunda gerçekleşen kohezyon, bitkilerde suyun zıt yönde taşınmasını mümkün kılar. Su bitkilerdeki odun borularından yukarı çıkarılırken kohezyon ve adhezyon sonucu oluşan hidrojen bağları rol oynar.

KAYNAK

YÜZEY GERİLİMİ

Yüzey gerilimi sıvıların serbest yüzlerinde fark edilen fiziksel bir özelliktir. Serbest yüz, sıvının atmosfere veya bir gaz ortamına açık olan ve onunla temas halinde olan ara yüzüdür. Serbest yüzün altındaki katmanlarda bulunan sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri her yönden etki yarattıkları için denge halindedirler. Ancak, bir serbest yüzeyin oluşması halinde, yüzeydeki molekülleri etkileyen ve alt katmanlardaki moleküllerden gelen kuvvetleri dengeleyecek üst katman molekülleri yoktur. Serbest yüzün, yerinde ve dengede durabilmesi, yukarıdaki gazın basıncı ve yüzeydeki moleküller arasındaki ek bir etkileşim ile olanaklıdır. Bu ek etkileşim yüzey gerilimidir.

 Şekil-1: Sıvı Moleküllerine Uygulanan Kuvvetler

 Şekil-2: Sıvı Molekülleri ve Yüzey Gerilimi

Moleküller, birbirleri arasında etkiyen ve bağlanma kuvveti denen bir çekim kuvvetinin etkisiyle bir arada dururlar. Üstü açık bir kaptaki bir sıvının yüzeyinde yer alan moleküller, bağlanma kuvvetinin etkisiyle sıvının içine doğru çekilirler. Bu da sıvının yüzeyinin bir deri gibi davranmasına neden olur. Kuru bir iğnenin batmadan suyun yüzeyinde yüzebilmesinin ya da bazı böceklerin su yüzeyinde yürüyebilmesinin nedeni budur. Sıvının kabın iç duvarlarıyla temas ettiği yerlerde bir başka kuvvet etkir. Bu, sıvıdaki moleküller ile kabın yapıldığı maddenin (örneğin cam) molekülleri arasında etkiyen ve yapışma kuvveti denen çekim kuvvetidir.

Sıvıların genellikle küre şeklindeki damlacıklar halinde görülmelerinin sebebi de yüzey geriliminden kaynaklanmaktadır. Çünkü geometrik şekiller arasında hacmine göre yüzey alanı minimum olan şekil kürelerdir. Sıvının yüzey alanını genişleterek yani içteki moleküllerin bir kısmını yüzeye çıkararak moleküller arasındaki kuvveti dengelenmek istenir. Bir sıvının yüzey alanını artırmak için gereken enerji ya da işe yüzey gerilimi denir. Sıvı damlacıklarının tam olarak küre olmamasının sebebi yerçekimi kuvvetinin etkisinde kalmalarıdır.

SIVILAR VE ÖZELLİKLERİ

“Sıvı” maddelerin doğada bulunma hallerinden biridir. Sıvılar yoğunlaşmış gazlar ya da düzensiz katılar olarak düşünülebilirler. Çünkü sıvı maddelerin özellikleri kimi zaman gazlarla kimi zaman katılarla benzerlik taşımaktadır.

 Şekil-1: Maddenin Halleri

Sıvı hal tanecikler arasındaki çekme ve bu parçacıkların kinetik enerjilerine bağlıdır. Çekim kuvvetleri sıvıyı belirli bir hacimde tutar ve kinetik enerjide parçaların hareketliliğini sağlar. Dolayısıyla bu hareket sıvıya akışkanlık sağlar. Sıvılar bulundukları kabın şeklini alma özelliğine sahiptir.

Sıvıların genel özellikleri aşağıdaki gibidir;

Sıvılar içinde bulundukları kabın şeklini alırlar.

Basınç yükseltildiğinde sıvıların hacimleri ölçülebilir büyüklükte değişmez.

Sıcaklık yükseltildiğinde hacimleri az da olsa arttığından yoğunlukları düşer.

Birbirleri içinde çözünebilen iki sıvı temasa geldiklerinde, az da olsa birbirlerinin içinde yayılırlar.

Sıvılar akmaya karşı direnç gösterirler.

Sıvıların yüzey gerilimleri vardır.

Açık kaptaki sıvılar buharlaşırlar.

Bu özellikler her sıvıda olmasına rağmen sıvıdan sıvıya farklılık göstermektedir. Şimdi bu özelliklerin ne gibi etkilerden dolayı ortaya çıktığını, sıvılarda hangi kuvvetlerin nelere sebep olduğunu anlamaya çalışalım.

KAYNAK