• Author / Uploaded
• Franco Reynalde

Citation preview

TENSIÓN SUPERFICIAL EXPERIENCIA N°5 1. RESUMEN El método de Rayleigh consiste en el análisis de la dinámica de formación de una gota desprendida de una bureta de radio R. En el siguiente informe analizaremos el coeficiente de tensión superficial de dos líquidos (agua y alcohol). En física se denomina tensión superficial de un líquido a la fuerza espacial entre un espacio de otro, según su fuerza superficial. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto también permite a algunos insectos, poder desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto se tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido. Al finalizar la práctica, se demostró que el coeficiente de tensión superficial varía respecto a la temperatura del líquido. Los datos y cálculos que tomamos serán detallados a continuación.

Fig. N°1 Tensión Superficial

2. EXPERIMENTOS

1

UNMSM - Laboratorio de Física II

2.1

MONTAJE N°1 : MÉTODO DE RAYLEIGH

2.1.1

PROCEDIMIENTO 1

1. Armamos el equipo con el cual trabajamos (Bureta sujeta cuidadosamente). 2. Medimos la temperatura del AGUA y del ALCOHOL. 3. Vertimos el líquido (ya sea AGUA o ALCOHOL) en la bureta (cerrada); y en un vaso de precipitado dejamos caer este líquido en gotas un volumen de 1mL. 4. Contamos el número de gotas en cada caso y anotamos en la TABLA N°1.

Fig. N°2 Hallando la temperatura de los líquidos

Fig. N°3 Hallando el número de gotas en 1mL de cada líquido

HALLANDO EL COEFICIENTE DE TENSIÓN SUPERFICIAL DE LÍQUIDO (AGUA)

2

UNMSM - Laboratorio de Física II

En el momento en que se desprende una gota se cumple a la siguiente relación: mg=2 πRα

α=

( 21π )( mgR )

Donde:   

m es la masa de la gota R es el radio externo de la punta de la bureta α es el coeficiente de tensión superficial de líquido.

Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma esférica. Rayleigh retocó esta expresión, y encontró un modo empírico para determinar α. Rectificó las constantes y llegó a la ecuación:

α=

( 195 )( mgR )

Considerando un líquido de volumen V, de densidad ρ, y que en él hay un número N de gotas, la masa de cada gota será:

m=

ρV N

Por lo tanto, la ECUACIÓN para hallar α será:

α=

( 195 )( ρVN )( Rg )

 GOTA DE AGUA 3

UNMSM - Laboratorio de Física II

1

1

1

De

:

α=

( 195 )( ρVN )( Rg )

Donde:      

α : masa de la gota. ρ : densidad del agua=1.02g/cm3 V: volumen de la gota de agua=1mL N: número de gotas = 21.8 g: gravedad = 9.78 m/s2 R: radio de la bureta = 3 mm

α=

9.78 ( ) ( 195 )( 1.02 ) 21.8 0.0015

α =80.28 dyn /cm

 GOTA DE ALCOHOL

1

De

:

α=

( 195 )( ρVN )( Rg )

Donde:      

α : masa de la gota. ρ : densidad del agua=0.85/cm3 V: volumen de la gota de agua=1mL N: número de gotas = 53 g: gravedad = 9.78 m/s2 R: radio de la bureta = 3 mm

α=

9.78 ( ) ( 195 )( 0.85 ) 53 0.0015

α =27.52 dyn /cm

TABLA N° 1

4

UNMSM - Laboratorio de Física II

Temperatura ambiente : 22°C

Temperatura ambiente : 23°C

AGUA

ALCOHOL

ρ (g/cm3)

V (mL)

N (# gotas)

ρ (g/cm3)

V (mL)

N (# gotas)

1 2 3 4 5

1.02 1.02 1.02

1 1 1

22 20 22

0.85 0.85 0.85

1 1 1

54 52 53

1.02

1

23

0.85

1

54

1.02

1

22

0.85

1

52

Promedio Error Total

1.02 0.02

1 0.05

21.8 -

0.85 0.061

1 0.05

53 -

α (dina/cm)

2.1.2

5

80.28 ±

PROCEDIMIENTO 2

UNMSM - Laboratorio de Física II

27.52 ±

5. Armamos el equipo con el cual trabajamos (Bureta sujeta cuidadosamente). 6. Calentamos ambos líquidos (el agua directamente y el alcohol a través de baño maria). 7. Medimos la temperatura del AGUA y del ALCOHOL despues de calentarlo a 50°C. 8. Vertimos el líquido (ya sea AGUA o ALCOHOL) en la bureta (cerrada); y en un vaso de precipitado dejamos caer este líquido en gotas un volumen de 1mL. 9. Contamos el número de gotas en cada caso y anotamos en la TABLA N°2.

Fig. N°1 Hallando la temperatura de los líquidos

 GOTA DE AGUA A 50°C 6

UNMSM - Laboratorio de Física II

Fig. N°2 Hallando el número de gotas en 1mL de cada líquido

1

De

:

α=

( 195 )( ρVN )( Rg )

Donde:      

α : masa de la gota. ρ : densidad del agua=1.02g/cm3 V: volumen de la gota de agua=1mL N: número de gotas = 21.8 g: gravedad = 9.78 m/s2 R: radio de la bureta = 3 mm

α=

9.78 ( ) ( 195 )( 1.02 ) 21.2 0.0015

α =82.96 dyn /cm

 GOTA DE ALCOHOL A 50°C

1

De

:

α=

( 195 )( ρVN )( Rg )

Donde:      

α : masa de la gota. ρ : densidad del agua=0.85/cm3 V: volumen de la gota de agua=1mL N: número de gotas = 53 g: gravedad = 9.78 m/s2 R: radio de la bureta = 3 mm

α=

9.78 ( ) ( 195 )( 0.85 ) 48 0.0015

α =30.38 dyn /cm

TABLA N°2

7

UNMSM - Laboratorio de Física II

Temperatura ambiente : 50°C

Temperatura ambiente : 50°C (En Baño Maria)

AGUA

ALCOHOL

ρ (g/cm3)

V (mL)

N (# gotas)

ρ (g/cm3)

V (mL)

N (# gotas)

1 2 3 4 5

1.02 1.02 1.02

1 1 1

22 21 22

0.85 0.85 0.85

1 1 1

50 48 47

1.02

1

21

0.85

1

48

1.02

1

20

0.85

1

47

Promedio Error Total

1.02 0.02

1 0.05 82.96 ±

21.2 -

0.85 0.061

α (dina/cm)

3. EVALUACIÓN 8

UNMSM - Laboratorio de Física II

1 0.05 30.38 ±

48 -

•El poder del Jabón para limpiar. Ayudan a la limpieza de la ropa al disminuir la tensión s u p e r fi c i a l d e l a g u a , d e m o d o q u e é s t a p e n e t r a m á s f á c i l m e n t e e n l o s p o r o s y l a s s u p e r fi c i e s manchadas.

•Formación de espumas. L a t e n s i ó n s u p e r fi c i a l d i s m i n u y e apreciablemente con la temperatura y con la presencia de pequeñas c a n ti d a d e s de otras s u s t a n c i a s ( t e n s o a c ti v a s ) c o m o e l jabón. En ese caso, con poca e n e r g í a l a s u p e r fi c i e d e l l í q u i d o puede experimentar un aumento considerable, favoreciéndose la formación de espuma.



Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua. Los pequeños insectos, tales como el zapatero de agua pueden c a m i n a r s o b r e e l a g u a , p o r q u e n o e s s u fi c i e n t e p a r a p e n e t r a r l a s u p e r fi c i e .

•El hecho que se moje una tela normal, pero no una impermeable.

9

UNMSM - Laboratorio de Física II

Los materiales comunes de lonas, son de alguna forma i m p e r m e a b l e s , e n l o s c u a l e s l a t e n s i ó n s u p e r fi c i a l d e l a g u a , l l a m a r á l o s p o r o s d e l t e j i d o fi n o d e l m a t e r i a l . P e r o s i t o c a l a l o n a c o n l o s d e d o s , s e r o m p e l a t e n s i ó n s u p e r fi c i a l y e l a g u a comenzará a travesar la lona comenzando el goteo.

•La forma esférica de las gotas de un líquido. C o m o t o d o s i s t e m a fí s i c o ti e n d e a d i s m i n u i r s u e n e r g í a , u n a masa de líquido toma la forma donde la relación entre el v o l u m e n y l a s u p e r fi c i e s e a m e n o r , e s d e c i r , l a e s f e r a . P o r e s o t o d a s l a s g o t a s ti e n d e n a s e r e s f é r i c a s , a u n q u e e n l a s d e m á s d e 2 m i l í m e t r o s l a t e n s i ó n s u p e r fi c i a l n o e s s u fi c i e n t e p a r a mantener esa forma y la gota se deforma y rompe.

4. CONCLUSIONES 

Se consiguió demostrar que la tensión superficial depende de la densidad de los líquidos, ya que cuando se contabilizo la cantidad de gotitas que había en un determinado volumen de agua y alcohol se pudo notar que en este último había casi el doble que en caso del agua y esto se debía a la diferencia de densidad.



La

forma esférica de las gotitas se debe a que la esfera es un cuerpo

geométrico que para un mismo volumen tiene menos superficie, por esta razón, el paso de una mas dad de líquido desde una forma cualquiera, no esférica. Por consiguiente, la acción de las fuerzas de la presión molecular que obligar al líquido a tomar la forma d esfera es análoga a la que se producirá si la

10

UNMSM - Laboratorio de Física II

superficie del líquido fuera de por si una película estirada que tendiera a contraerse. 

La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.



Se concluye que el agua tiene mayor coeficiente de tensión superficial que el alcohol y otros líquidos , esto debido a que las fuerzas intermoleculares entre moléculas de agua representan alta energía por la existencia de enlaces puente de hidrogeno(EPH).



Se pude concluir que debido a la tensión superficial las moléculas de los líquidos se atraen unas a otras por tanto las que se encuentran en la superficie estarán atraídas a las del interior así también serán atraídas por las del interior así también serán atraídas por las moléculas del recipiente que los contiene.

11

UNMSM - Laboratorio de Física II