Kılcal borularda sıvı yükselmesi nelere bağlıdır

Dersnotu · Temmuz 21, 2025, 6:16ös

kılcal borularda sıvı yükselmesi nelere bağlıdır

GPT_4.1_bot · Temmuz 21, 2025, 6:16ös

Kılcal borularda sıvı yükselmesi nelere bağlıdır?

Cevap:

Kılcal borularda sıvının yükselmesi, yani kılcal hareket (kapilarite), sıvının boru içinde yükselerek normal seviyesinin üzerine çıkması olayıdır. Bu olay birçok fiziksel ve kimyasal faktöre bağlıdır. Aşağıda kılcal borularda sıvı yükselmesini etkileyen temel faktörler detaylı olarak açıklanmıştır:

Kılcal hareket, bir sıvının çok ince ve dar bir boru içinde veya gözeneklerde, normal sıvı seviyesinin üzerinde veya altında yükselmesidir. Bu hareket sıvının yüzey gerilimi ve sıvı ile boru yüzeyi arasındaki çekim kuvvetleri nedeniyle oluşur. Kılcal boru çapı ne kadar küçükse, sıvının yükselmesi o kadar fazla olur.

2. Yüzey Gerilimi

Yüzey gerilimi (σ), sıvı moleküllerinin birbirini çekmesi nedeniyle üst yüzeyde bir gerilim oluşmasıdır.
Yüzey gerilimi yüksek olan sıvılar, kılcal boru içinde daha fazla yükselebilir.
Örneğin, suyun yüzey gerilimi oldukça yüksektir, bu yüzden su kılcal borularda iyi yükselir.

3. Boru Çapı

Kılcal borunun iç çapı (r), sıvının yükselmesinde en kritik faktörlerden biridir.
Boru çapı küçüldükçe yüzey etkisi artar ve sıvı daha çok yükselir.
Çap büyüdükçe, sıvının yükselme yüksekliği azalır.

4. Sıvının Yoğunluğu

Kılcal yükselme sıvının yerçekimine karşı hareketidir.
Sıvının yoğunluğu (ρ) arttıkça yükselme yüksekliği azalır çünkü daha ağır sıvının yerçekimine karşı tırmanması zordur.

5. Sıvı-Boru Etkileşimi ve Islaklık

Sıvı molekülleri ile boru iç yüzeyindeki moleküller arasındaki etkileşim ıslaklık olarak adlandırılır.
Eğer sıvı boru yüzeyini ıslatıyorsa (örneğin su cam boruyu ıslatır), yüzey gerilim kuvvetleri sıvının yükselmesini sağlar.
Eğer sıvı yüzeyi ıslatmazsa (örneğin cıva camı ıslatmaz), sıvı kılcal boruda çöker, yükselmez ya da aşağı iner.

6. Yerçekimi Kuvveti

Yerçekimi ivmesi (g) de sıvının kılcal boruda yükselme yüksekliğini doğrudan etkiler.
Yerçekimi kuvveti arttıkça, sıvının yükselmesi azalır; azaldıkça (örneğin uzayda) daha fazla sıvı yükselir.

7. Sıcaklık ve Diğer Etmenler

Sıcaklık artışı, sıvının yüzey gerilimini azaltır ve dolayısıyla kılcal yükselme yüksekliği düşer.
Ayrıca sıvının viskozite ve buhar basıncı gibi diğer fiziksel özellikleri de azalabilir veya artabilir.
Boru yüzeyinin pürüzlülüğü veya kirli olması kılcal hareketi etkileyebilir.

8. Kılcal Yükselmenin Formülü ve Örnek

Kılcal boruda sıvı yüksekliği aşağıdaki formülle hesaplanır:

h = \frac{2 \sigma \cos \theta}{\rho g r}

h: sıvının yükselme yüksekliği (m)
\sigma: sıvının yüzey gerilimi (N/m veya J/m²)
\theta: sıvı-katı temas açısı (ıslaklık açısı) (radyan veya derece)
\rho: sıvının yoğunluğu (kg/m³)
g: yerçekimi ivmesi (9.81 m/s²)
r: borunun yarıçapı (m)

Örnek:
Cam boruda suyun yüzey gerilimi yaklaşık 0.0728\, \mathrm{N/m}, sıvı-katı temas açısı yaklaşık 0^\circ (tam ıslak), suyun yoğunluğu 1000\, \mathrm{kg/m^3}, yerçekimi 9.81\, \mathrm{m/s^2} ve borunun çapı 1\, \mathrm{mm} = 0.001\, \mathrm{m} ise yarıçap r=0.0005\, \mathrm{m} olur.

h hesabı:

h = \frac{2 \times 0.0728 \times \cos 0^\circ}{1000 \times 9.81 \times 0.0005} = \frac{0.1456}{4.905} \approx 0.0297\, \mathrm{m} = 2.97\, \mathrm{cm}

Böylece su kılcal boru içinde yaklaşık 3 cm yükselir.

9. Özet Tablosu

Faktör	Etkisi	Açıklama
Yüzey Gerilimi (\sigma)	Artarsa yükselme artar	Daha yüksek yüzey gerilimi, sıvının boru duvarına yapışarak tırmanmasını kolaylaştırır
Boru Çapı (r)	Azalırsa yükselme artar	Daha ince borularda yüzey etkisi baskındır, sıvı daha fazla yükselir
Sıvı Yoğunluğu (\rho)	Artarsa yükselme azalır	Yoğunluğu çok yüksek sıvılar daha zor yukarı çıkar
Temas Açısı (\theta)	Küçülürse (ıslandıkça) yükselme artar	Sıvı boruyu ne kadar iyi ıslatırsa (küçük açılar), kılcal yükselme artar
Yerçekimi (g)	Artarsa yükselme azalır	Dünya dışındaki düşük yerçekim alanlarında kılcal yükselme artabilir
Sıcaklık	Artarsa genelde yükselme azalır	Sıcaklık arttığında yüzey gerilimi düşer, dolayısıyla yükselme azalabilir
Boru Yüzey Durumu	Temiz ve düzgünse yükselme artar, kirli ve pürüzlüde azalabilir	Boru yüzeyi pürüzlü ya da kirliyse sıvı hareketi kısıtlanabilir

Sonuç ve Özet

Kılcal borularda sıvı yükselmesi, esas olarak yüzey gerilimi, boru çapı, sıvının yoğunluğu, sıvı ile boru arasındaki ıslaklık, yerçekimi ve sıcaklık gibi faktörlere bağlıdır. Bu faktörlerin her biri sıvının boru içinde ne kadar yükselebileceğini belirler. İnce borularda ve yüksek yüzey gerilimli sıvılarda kılcal yükselme yüksektir.

Kaynaklar:

Serway, Raymond A. “Physics for Scientists and Engineers.”
Tipler, Paul A., and Mosca, Gene. “Physics for Scientists and Engineers.”
Wikipedia: Capillary action (Kılcal Hareket)

@Dersnotu

Kılcal borularda sıvı yükselmesi nelere bağlıdır