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• Diego Solano

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PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS: TENSION SUPERFICIAL I.

INTRODUCCION

La propiedad por la cual la superficie de un líquido actúa como una membrana estirada, se denomina Tensión Superficial. La Tensión Superficial existe en la superficie de un líquido expuesto al aire es debida a la atracción intermolecular que la masa del líquido ejerce sobre aquellas moléculas situadas en la superficie. Mientras que las moléculas situadas en el interior de la masa líquida son atraídas con fuerzas reales por las que las rodean, esto no sucede con las moléculas de la capa superficial, pues están expuestas a atracciones de parte del aire y del líquido considerado; estas atracciones son diferentes y no se equilibran, originando un estado de tensión en toda la superficie libre del líquido. A la Tensión Superficial se deben diversos fenómenos tales como el exceso de presión, por encima de la atmosférica, creada dentro de gotas y burbujas, la transformación de un chorro líquido en gotas, la capilaridad, etc. II.

OBJETIVO

El objetivo de la presente practica es la obtención experimental de la relación tensión superficial vs la temperatura. III.

MARCO TEORICO

La TENSION SUPERFICIAL se explica por el hecho que la resultante de las atracciones que ejercen sobre una molécula superficial las moléculas próximas, se halla dirigida hacia el interior del LÍQUIDO. A este fenómeno se debe que una pequeña masa líquida adopte la forma esférica: la superficie libre del líquido se comporte como si el mismo estuviera contenido en una finísima membrana elástica, y ello explica que ciertos insectos puedan andar sobre el agua y que una aguja u otro objeto ligero puesto delicadamente sobre el líquido no se hunda. La tensión superficial del agua es dos veces superior a la del aceite, pero basta con agregar al líquido pequeñas proporciones de detergente para disminuya considerablemente. Valores de TENSION SUPERFICIAL del agua a diferentes temperaturas, se muestra en la Tabla B-1. Es necesario precisar la influencia de la Tensión superficial en el fenómeno de capilaridad como parte del informe.

Fig N° 01: Formación de una gota 3.1

Análisis para el experimento

Si se hecha en un tubo de diámetro D un líquido cuya Tensión Superficial representada por G, aparece en su extremo una gota que se va engrosando, como si fuese sostenido por un saco elástico hasta que su peso P es bastante grande, cerrándose los bordes de contacto ABA, se forma gota, ver figura N° 2. Hasta el instante de inminencia de cierre del borde de contacto el peso “P” está sostenido por la Tensión Superficial “G” que se ejerce sobre la superficie ABA de contacto, cuya expresión es:

……. (1)

Para esta situación comprende las leyes siguientes: a. b.

Para un mismo líquido y orifico, siendo la temperatura constante; todas las gotas tienen el mismo peso. El peso de las gotas para un mismo líquido es proporcional al diámetro del orificio y a la tensión superficial

D A

B

A

B

Fig N° 02 : Detalle de la formación de una gota por un tubo de diámetro pequeño (gotero). Situación I corresponde a inicios. Situación II inminente caída, Situación III gota formada

3.2

Análisis del fenómeno La figura N° 3, muestra la formación de una gota en diferentes instantes y se puede decir que la tensión superficial ejerce un efecto en dirección vertical hacia arriba a lo largo de todo el contorno de la circunferencia del orificio del gotero, sosteniendo el peso de la gota de agua hasta el instante que este peso lo supera, por lo que cae La estática de fluido plantea que: a. La presión en un plano horizontal en la masa de un fuido es la misma. b. La presión en un punto de la masa de un fluido es la misma en todas las direcciones. Condición que se presenta en la formación de una gota según se plantea. Suponiendo que la figura N° 4 nos representa el instante de la formación de la gota, la expresión que relaciona la TENSION SUPERFICIAL “σ” y al peso “P” de fluido que forma la gota es:

……………… (2)

A

B 1

2 3

4

Fig N° 03: Formación

orificio como

de

una

gota

en

diferentes instantes desde su inicio

Donde: es la fuerza a lo largo de la circunferencia ABA del realmente

Además:

Las ecuaciones (1) Y (2) son iguales

Por lo que:

……………… (3)

Donde: σ : Tensión Superficial del fluido P : Peso de una gota de fuido D : Diámetro del orificio del gotero

Fig N° 4: Presentación esquemática del efecto de tensión superficial

IV.

EQUIPO DE TRABAJO Balanza de precisión ±0.001g Termómetro Gotero Probeta de 5ml Mechero o fuente de calor Vernier Fluido líquido (agua, aceite, etc.).

      

V.

PROCEDIMIENTO 5.1 -

-

PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO Verificar el estado y la puesta a “cero” de los equipos e instrumentos. Medir el diámetro interior de la punta del gotero de la práctica. Pesar la probeta que recibirá las gotas del líquido del experimento. Registrar la temperatura del líquido en condición de ambiente. Con el gotero deposite con cuidado 20 gotas del líquido en la probeta, determine el peso del total y por diferencia del peso del recipiente vacío del peso de este con el agregado de las gotas. Aumente la temperatura del líquido y con el termómetro registre la nueva temperatura y nuevamente agregue 20 gotas del líquido caliente a la probeta, registre el peso del conjunto y por diferencia del anterior peso, determine el peso de una gota con la nueva temperatura

5.2 PROCEDIMIENTO DE GABINETE El trabajo en gabinete es referido a los cálculos con los datos obtenidos, conociendo el peso de una gota del líquido del experimento correspondiente a cada temperatura registrada y el diámetro del orificio de la punta del gotero; con la ecuación (3) se determina la tensión superficial. De esta manera se puede determinar la TENSION SUPERFICIAL del líquido para diferentes temperaturas

VI.

DATOS Tabla N° 1: Registro de información Diámetro interior del gotero: 0.0038 m = 0.38 cm Peso de probeta vacía: 32.14 g. N° de ensayo N° de gotas Temperatura °C

1

2

3

4

5

20

40

60

80

100

20.5

39

48

62

74

33.91 35.61 37.29 38.91 40.42 Masa recipiente (gr) Masa por cada 20 gotas 1.77 1.7 1.68 1.62 1.51 (gr) 0.0885 0.0850 0.0840 0.0810 0.0755 Masa de c/gota (gr) -3 Peso de c/ gota (N) x 10 0.8682 0.8339 0.8240 0.7946 0.7407

VII.

RESULTADOS. Tabla N° 2: Resultados N° de ensayo Temperatura °C Peso de c/ gota (N) x 10-3 Tensión Superficial (σ) (N/m) Error absoluto (N/m) Error relativo (%)

1

2

3 48 0.8240

4 62 0.7946

5

20.5 0.8682

39 0.8339

74 0.7407

0.07272

0.06985 0.06963

0.06656 0.06264

0.00088

0.00025

0.00143

0.00024

0.00136

1.2

0.36

2.10

0.36

2.13

GRAFICA NO 01: Tensión superficial vs Temperatura

 vs T 0.0740000 f(x) = - 0x + 0.08

0.0720000 0.0700000 0.0680000 0.0660000 0.0640000 0.0620000 0.0600000 0.0580000 0.0560000 10

20

30

40

50

60

70

80