Kılcallık (Kapilarite) Nedir? Adezyon, Kohezyon, Örnekler ve Yapıda Kapiler Nem
Kılcallık (kapilarite), bir sıvının çok dar bir boruda, aralıkta ya da gözenekte, yerçekimine rağmen kendiliğinden yükselmesi veya alçalmasıdır; sebebi sıvının yüzey gerilimi ile sıvı ve katı arasındaki çekim kuvvetleridir.
Bu kelime dört anlamda kullanılır: 1) genel dilde "kılcal olma", yani kıl gibi ince olma durumu; 2) fizikte ince borularda sıvının yükselip alçalması; 3) yapıda suyun tuğla, harç ve beton gözeneklerinde kılcal yolla yürümesi (kapiler nem); 4) biyolojide bitkilerde su taşınımına katkısı. Anatomideki kılcal damar ayrı bir terimdir, aşağıda kısaca anlatılır. "Kapilarite" kelimesi TDK Güncel Türkçe Sözlük'te madde olarak yer almaz; Batı dillerindeki capillarity karşılığı olarak teknik metinlerde kılcallıkla aynı anlamda kullanılır.
Kılcallık ne demek? Anlamlar tablosu
| Anlam | Alan | Kaynak |
|---|---|---|
| Kılcal olma durumu | Genel (isim) | TDK |
| Bir kılcal boru veya tüpün durumu | Fizik | TDK |
| Kapsadığı sıvılar bakımından kılcal boruların özellikleri | Fizik | TDK |
| Kapilarite: kılcallığın teknik eş anlamlısı (capillarity) | Fizik, yapı | Yaygın teknik kullanım; TDK'de madde yok |
| Kapiler nem yükselmesi: zemin suyunun duvarda kılcal yolla yükselmesi | Yapı fiziği | Rising damp (ansiklopedi) |
| Kılcal damar: atardamarların son dallarını toplardamarların ilk dallarına bağlayan ince damar | Anatomi | TDK ("kılcal damar" maddesi) |
TDK'de "kılcal" sıfatı "kıl gibi olan, çok ince" diye tanımlanır; yapı dilindeki kılcal çatlak ifadesi bu anlamdan gelir ve kılcallık olayıyla doğrudan ilgili değildir. "Kılcal boru" ise TDK'de "araştırma ve deneylerde kullanılan çok ince boru" olarak geçer.
Kılcallık nedir? Fizikteki tanım
Üniversite düzeyindeki fizik ders kitabı OpenStax College Physics kılcallığı, bir sıvının dar bir boruda yükselme ya da bastırılma eğilimi olarak tanımlar. İngilizcede aynı olaya capillary action, capillary rise ve wicking da denir. Kelime Latince "kıla benzer" anlamındaki capillaris'ten gelir; Türkçe karşılığı da aynı mantıkla "kıl" kökünden gelir.
Adezyon, kohezyon ve yüzey gerilimi
Kılcallığı üç kavram birlikte açıklar:
- Kohezyon: aynı cins moleküller arasındaki çekim kuvveti. TDK de kohezyonu "moleküller arasındaki çekim kuvveti" diye tanımlar.
- Adezyon: farklı cins moleküller arasındaki çekim; örneğin su molekülleri ile cam yüzeyi arasındaki çekim.
- Yüzey gerilimi: kohezyon yüzünden sıvı yüzeyinin gerilmiş bir zar gibi davranması. Suyun 20 °C'deki yüzey gerilimi 0,0728 N/m'dir.
Adezyon kohezyondan büyükse sıvı çeperi ıslatır, boru kenarında yukarı tırmanır ve yüzeyi içbükey (çukur) olur. Kohezyon baskınsa sıvı çeperi ıslatmaz, yüzeyi dışbükey (tümsek) olur ve boruda aşağı iner. Bu kenar eğriliğine menisküs, sıvı yüzeyinin çeperle yaptığı açıya da temas açısı (θ) denir.
Kılcal borularda su ve cıva: yükselme ve alçalma
Temas açısı 90°'den küçükse sıvı yükselir, büyükse alçalır. OpenStax'ın verdiği değerlerle su–cam temas açısı 0°, cıva–cam temas açısı 140°'dir. Bu yüzden ince bir cam boruya konan su kaptaki seviyenin üstüne çıkar; cıva ise altında kalır. Kılcallık olayının iki yüzü budur: kapiler yükselme ve kapiler alçalma.
Jurin yasası: sıvı ne kadar yükselir?
Yükselme yüksekliği Jurin yasasıyla hesaplanır:
h = 2 γ cos θ / (ρ g r)
Burada h yükselme yüksekliği, γ yüzey gerilimi, θ temas açısı, ρ sıvının yoğunluğu, g yerçekimi ivmesi, r borunun yarıçapıdır. Formülün en önemli sonucu şudur: yükseklik yarıçapla ters orantılıdır. Boru yarı yarıya incelirse su iki kat yükselir. Yukarıdaki değerlerle hesaplandığında yarıçapı 0,5 mm olan cam boruda su yaklaşık 3 cm yükselir, cıva ise yaklaşık 1 cm alçalır. Yarıçap 0,05 mm'ye inerse suyun yükselmesi yaklaşık 30 cm olur. Yapı malzemelerindeki gözeneklerin mikrometre düzeyinde olması, duvarın dibindeki suyun neden yukarı yürüyebildiğini bu formül açıklar.
Kılcallık deneyi
Evde yapılabilecek en basit kılcallık deneyi, farklı çaplarda iki şeffaf pipeti ya da ince cam boruyu renkli suya daldırmaktır: ince olanda su daha yükseğe çıkar. İkinci deney, bir peçete ya da kâğıt havlunun ucunu renkli suya değdirmektir; renk birkaç dakika içinde kâğıt boyunca yukarı yürür. İki deney de yüksekliğin aralık darlığına bağlı olduğunu gösterir.
Kılcallık örnekleri: günlük hayat ve bitkiler
Kılcallık gözle görülen pek çok olayın arkasındadır:
- Kâğıt havlu ve peçete: lifler arasındaki dar boşluklar suyu içine çeker.
- Sünger: küçük gözenekler birer kılcal boru gibi çalışır.
- Mum ve gaz lambası fitili: sıvı yakıt fitil boyunca alevin olduğu uca taşınır.
- Dolma kalem: mürekkep ucun ince yarığından kâğıda iner.
- Toprak: taban suyu toprak taneleri arasındaki boşluklarda yukarı çekilir. İnce taneli, küçük gözenekli topraklarda bu ıslak kuşak taban suyunun metre mertebesinde üstüne çıkabilirken iri gözenekli topraklarda birkaç santimetrede kalır.
Bitkilerde kılcallık
Bitkilerde su, köklerden yapraklara odun borularından (ksilem) taşınır. Kılcallık bu taşınıma katkı verir, ama tek başına ağacın tepesine suyu çıkaramaz. OpenStax'ın hesabına göre suyu 100 m yükseltmek için 1,41 × 10-7 m yarıçaplı boru gerekir; gerçek ksilem boruları yaklaşık 2,5 × 10-5 m'dir, yani yaklaşık 180 kat geniştir. Suyu asıl yukarı çeken, yapraklardaki buharlaşmanın (terleme) oluşturduğu emme etkisidir.
Yapıda kılcallık: kapiler nem yükselmesi
Tuğla, taş, harç, sıva ve beton gözenekli malzemelerdir. Toprakla temas eden bir duvar, zemindeki suyu gözeneklerinden kılcal yolla yukarı çeker. Buna kapiler nem yükselmesi ya da yükselen nem denir. Ansiklopedik kaynaklara göre bu nem ölçülmüş örneklerde 5 m'ye kadar çıkmış olsa da uygulamada çoğunlukla 1,5 m'nin altında kalır, çünkü duvar yüzeyinden buharlaşma yükselmeyi dengeler.
Belirtileri tipiktir: duvarın dibinde nemli bir bant, bandın üst sınırında tuzların bıraktığı "gelgit çizgisi", sıvada kabarma, boyada dökülme ve beyaz tuz lekeleri (çiçeklenme). Aynı görüntü soğuk yüzeyde yoğuşma ile de oluşabilir; iç yüzey sıcaklığı çiy noktasının altına düşen köşelerde görülen nem kılcallık değil yoğuşmadır. Teşhiste iki ihtimal ayrılmadan yapılan işlem çoğu zaman sonuç vermez.
Temel ve subasman yalıtımı
Kılcal nem en çok zemine en yakın duvar bandında, yani subasman duvarında görülür. Önlem katmanlıdır: toprağa bakan yüzde düşey su yalıtımı, duvarın zemin üstündeki bir derzinde sürekli yatay nem kesici ve temel seviyesinde drenaj. İngiltere'nin yapı yönetmeliği rehberi Approved Document C, dış duvardaki nem kesicinin bitişik zeminden en az 150 mm yukarıda olmasını ister. Bodrumlu yapılarda konu yeraltı suyu basıncıyla birleşir: bodrum ve temel su yalıtımı.
Eski yığma yapılarda nem kesici hiç yoksa sonradan kimyasal enjeksiyonla yatay bariyer oluşturulabilir. Örneğin Sika'nın silan esaslı enjeksiyon kremi, harç derzine yatay açılan 12 mm'lik deliklere basılır, duvarın içinde yayılarak su itici bir nem kesici hattı oluşturur ve duvarın kurumasına izin verir.
Kapiler kesici katman
Jurin yasasının yapıdaki en doğrudan uygulaması kapiler kesici (kılcal kırıcı) katmandır. Zemine oturan döşemenin altına iri taneli, boşluklu bir kırma taş ya da çakıl tabakası serilir. Taneler arası boşluk büyük olduğu için su bu tabakada ancak çok az yükselir ve döşemeye ulaşamaz. Üstüne serilen su yalıtım örtüsü ile birlikte zemin nemini keser. Toprakla temas eden ısı yalıtımında su emmeyen malzeme seçilir: kapalı hücreli XPS bu yüzden zemin bandında ve toprak altında tercih edilir; lifli malzemeler ve standart EPS bu konumda değerlendirilirken su emme değerine bakılır. Levha karşılaştırması: mantolama levhası seçimi.
Sıvada ve tuğlada su emme
Kılcal su emme, duvar malzemesinin bir teknik özelliği olarak ölçülür. Avrupa standartlarında EN 772-11 kagir birimlerin (beton blok, gaz beton, taş) kılcal su emme katsayısını, EN 1015-18 ise sertleşmiş harcın kılcal su emme katsayısını belirleme yöntemini tanımlar. Değer yüksekse yağmur ve sıçrayan su duvara hızla girer. Dış yüzeyde su itici sıva veya boya kullanmak emmeyi azaltır, ama buhar geçişini engelleyen bir kaplama duvarın içindeki nemi hapsedebilir; ayrıntı: dış cephe boyası seçimi ve gaz beton mu, tuğla mı.
Pencere ve denizlik altında kılcal su
Kılcallık pencerede iki yerde iş görür. Birincisi pencere denizliğinin alt yüzüdür: suyun yüzeye tutunması (adezyon) ve yüzey gerilimi, denizliğin ucundan dökülmesi gereken suyu alt yüzeye dolandırır ve duvara geri götürür. Bunu kesen, alt yüzeye açılan damlalık kanalıdır; su bu keskin kenarda yüzeyden kopar ve serbest düşer. İkincisi dar derzlerdir: kasa ile denizlik ya da kasa ile duvar arasındaki ince bir aralık suyu kılcal yolla içeri çeker. Sezgiye ters biçimde, dar bir derz geniş bir derzden daha çok su alabilir; bu yüzden derzler ya sızdırmaz bantla kapatılır ya da kılcallığın çalışamayacağı genişlikte bırakılır (cephede su yönetimi). Belirtiye göre teşhis: pencereden su sızması; montaj katmanları: RAL montaj ilkesi. Doğru detaylandırılmış bir pencere ve çevresi, kılcal suyun duvara ulaşacağı yolu baştan kapatır.
Öteki anlamlar
Anatomide kılcal damar
TDK'ye göre kılcal damar, dokulardaki atardamarların son dallarını toplardamarların ilk dallarına bağlayan ince damardır. Adını inceliğinden alır; kılcallık olayıyla aynı şey değildir.
Genel dilde kılcal olma durumu
TDK'nin ilk anlamı yalnızca "kılcal olma durumu"dur: bir şeyin kıl gibi ince olması. Yapı dilindeki "kılcal çatlak" bu sıfat anlamını taşır.
Sık sorulan sorular
Kılcallık ile kapilarite aynı şey mi?
Evet. Kapilarite, kılcallığın Batı dillerinden alınmış teknik karşılığıdır. Yapı sektöründe "kapiler nem", "kapiler su emme" gibi ifadeler bu kökten gelir.
Kılcallık hangi durumda olmaz?
Aralık ya da boru çok genişse etki ölçülemeyecek kadar küçülür. Jurin yasasına göre yükseklik yarıçapla ters orantılı olduğundan geniş kaplarda sıvı seviyesi düz kalır.
Kılcallık neden cıvada ters çalışır?
Cıvanın kendi molekülleri arasındaki çekim (kohezyon), camla arasındaki çekimden (adezyon) büyüktür. Temas açısı 90°'yi geçtiği için cıva camı ıslatmaz ve ince boruda aşağı iner.
Duvardaki nemin kılcal mı, yoğuşma mı olduğu nasıl anlaşılır?
Kılcal nem duvarın dibinden başlar ve üst sınırında tuz çizgisi bırakır. Yoğuşma soğuk köşelerde, pencere kenarlarında ve kışın artar. Kesin teşhis için yüzey sıcaklığı ile duvar içi nem birlikte ölçülür.
Mantolama kılcal nemi çözer mi?
Hayır. Mantolama ısı kaybını azaltır, zeminden gelen suyu kesmez. Zemin bandında su emen levha kullanılırsa sorun büyüyebilir; ayrıntı: mantolamada yapılan hatalar.