Bila kamu meletakkan secangkir kopi dibawah sinar matahari terang, kamu akan mampu melihat pola di permukaan kopi.
Pola tersebut disebut sel-sel Benard, berdasarkan nama peneliti pertamanya. Bila sebuah lapisan minyak dipanaskan dalam mangkuk dengan api kecil, minyak tersebut tampak tidak atau hanya sedikit bergerak. Namun bila apinya terus ditingkatkan, minyak mulai bergerak, membentuk sel Benard berbentuk segi banyak. Cahaya yang terang diperlukan untuk melihat polanya. Dengan api yang lebih besar lagi, segi banyak tersebut dapat membentuk pola segi enam seperti sarang lebah.
Dalam cangkir teh panas yang transparan, perlahan tambahkan susu di dekat dindingnya. Susu ini akan tenggelam ke dasar cangkir. Tambah terus hingga 75% cangkir telah berisi susu putih. Setelah beberapa menit, mengapa pita horisontal tampak di bagian susu di cangkir tersebut?
Saat air menguap dari permukaan atas kopi, permukaan ini mendingin dan menjadi lebih padat. Hasilnya adalah beda suhu dan beda kepadatan antara lapisan atas dan bawah kopi. Ini menyebabkan peredaran dalam kopi. Bayangkan satu paket cairan di dasarnya. Ia tenggelam dalam lapisan air yang memiliki suhu dan kepadatan yang sama dengan dirinya sendiri dan karenanya ia cenderung tetap diam. Namun, sebuah gangguan secara kebetulan ke cangkir dapat membuat sang paket naik ke daerah cairan yang sedikit lebih dingin dan lebih padat.
Itulah apungan. Saat ia dipercepat naik ke cairan yang semakin dingin dan padat, percepatan naiknya meningkat. Karenanya, gerakan karena gangguan kebetulan ini diperkuat.
Konsekuensi yang sama berlaku pada paket cairan di permukaan atas. Bila ia kebetulan bergerak turun ke daerah yang lebih hangat dan kurang padat, ia mempercepat turun dan gerakannya diperkuat.
Karena kopi memiliki permukaan terbuka, gerakan di permukaan ini juga dipengaruhi oleh tegangan permukaan, yang disebabkan oleh gaya tarik antar sesama molekul air. Saat air permukaan dingin, tegangan permukaannya meningkat sedikit. Jadi tegangan permukaan di daerah dimana air dingin turun lebih besar daripada tegangan permukaan di daerah dimana air panas naik. Perbedaan tekanan permukaan ini cenderung menraki air di permukaan dari daerah naik ke daerah turun. Karena tegangan permukaan yang tinggi cenderung mengangkat air, daerah turun membentuk cekungan yang sedikit lebih tinggi dari daerah naik, seperti pagar bukit di sebuah lembah. Permukaan kopi akibatnya tertutup oleh daerah-daerah air naik yang luas (lembah) dan daerah tonjolan tempat air turun.
Saat air hangat mencapai permukaan, sebagiannya menguap namun, tergantung kelembaban, uapnya dapat dengan cepat mengembun kembali membentuk tetesan air di udara tepat di atas daerah naik. Tetesan besar turun kembali ke permukaan cairan dan tetesan yang sangat kecil di bawa oleh arus udara di atas kopi panas, namun tetesan sedang dapat mengambang, digantung oleh airan udara naik dan embun dari kopi. Saat cahaya putih terang atau sinar matahari terhambur dari awan tipis ini, awannya terlihat dan berwarna keputihan. Tonjolan yang menandai cairan turun tidak memiliki tetesan yang mengambang dan karenanya memiliki tampilan gelap biasa dari kopi. Bila kamu membawa benda bermuatan (seperti sisir plastik yang dimuati dengan menyisirkannya di rambut) di dekat permukaan kopi, tetesan yang mengambang ini dapat dibuang secara listrik dan penampilan putih tersebut akan lenyap.
Pola peredaran yang sama tampak pada lapisan minyak yang dipanaskan di panci. Bila kopi mendingin dari atas, minyak memanas dari bawah, namun tampilan pentingnya adalah perbedaan suhu yang tersetal antara permukaan atas dan bawah cairan. Bila perbedaan suhu ini mencapai batas kritis tertentu, konveksi menjadi tidak stabil pada gangguan kebetulan. Gangguan menggerakkan bagian cairan dengan berbagai cara, dan apungan serta tegangan permukaan dapat mengatasi kekentalan untuk membangun sel-sel cairan naik dan turun. Pada sebagian cairan, gerakan membangun struktur berguling panjang, dengan cairan naik di satu sisi dan turun di sisi lain. Segi banyak yang terlihat di minyak terdiri dari daerah besar minyak panas yang naik dan garis-garis sempit minyak turun yang dingin. Seperti pada kopi panas, minyak dingin memiliki tegangan permukaan yang lebih besar daripada minyak panas, dan karenanya minyak tertarik di permukaan dari daerah naik ke daerah turun.
Pita-pita yang dapat muncul setelah susu ditambahkan ke the panas adalah akibat gulingan horisontal yang terjadi di sekitar dinding cangkir. Ia adalah pola peredaran yang disebabkan oleh pendinginan di dinding. Efek ini pertama kali dijelaskan oleh Christian Roos dari Jerman tahun 1987 dan dapat membentuk hingga delapan pita, namun anda perlu percobaan yang hati-hati untuk membuat kondisinya memungkinkan untuk muncul.
Sel-sel Benard juga dapat muncul dalam lilin besar yang meleleh. Tegangan permukaan lilin yang panas kurang dari lilin dingin dan variasi tegangan permukaan dari tepi lilin dapat mengendalikan sel-sel konveksi. Bila lilin ini dibuang dengan hati-hati, sel-selnya dapat membentuk tonjolan di lilin saat ia mendingin dan mengeras.
Sumber :
No comments:
Post a Comment