TENSIN SUPERFICIAL
INTEGRANTES:
PROFESOR:
AO: 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per,
Decana de Amrica)FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y
ELCTRICAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA DE FLUIDOS
INTRODUCCION
La hidrosttica estudia el comportamiento de los fluidos en
condiciones de equilibrio. Las molculas que integran las diferentes
sustancias se atraen entre s mediante diferentes fuerzas de diversa
intensidad en sus componentes. En los lquidos, las fuerzas
intermoleculares permiten que las partculas se muevan libremente,
aunque mantienen enlaces latentes que hacen que las sustancias, en
este estado, presenten volumen constante. En todos los lquidos
reales se ejercen fuerzas como la tensin superficial que
interfieren el movimiento molecular, dando lugar a los llamados
lquidos viscosos. En este experimento buscaremos la existencia de
la tensin superficial
INDICEContenidoUNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS1TENSIN
SUPERFICIAL5EXPERIENCIA N055I.OBJETIVO:5II. EQUIPOS /
MATERIALES:55III. FUNDAMENTO TEORICO:6IV. PROCEDIMIENTO10V.
EVALUACION:131. Para el equipo automatizado, determine el
coeficiente de tensin superficial utilizando la ecuacin 7. Con su
error correspondiente. Recuerde que la longitud del aro debe estar
en metros.132. Calcule el error porcentual y evale si este se
encuentra en el valor estimado en el error total.143. D cinco
ejemplos de aplicacin prctica del fenmeno de tensin superficial: En
los campos de ciencia, tecnologa y hogar.144. El dimetro interior y
exterior del aro son: 20 mm y 19mm .Halle la longitud sobre la cual
la superficie tensora del lquido hace su accin.155. Compare los
resultados de ambos mtodos. Cul es su opinin al respecto?15VI.
CONCLUSIONES:16IX. BIBLIOGRAFIA:17
TENSIN SUPERFICIALEXPERIENCIA N05I.OBJETIVO: Determinar el
coeficiente de tensin superficial en los lquidos, utilizando el
mtodo de Rayleigh (clsico) y mediante el uso de un equipo
automatizado (Cobra 3 Basic-Unit)
II. EQUIPOS / MATERIALES:
Soporte UniversalVaso de precipitados
Bureta
III. FUNDAMENTO TEORICO:Se denomina tensin superficial de un
lquido a la cantidad de energa necesaria para disminuir su
superficie por unidad de rea. Esta definicin implica que el lquido
tiene una resistencia para aumentar su superficie. Teniendo como
principal efecto la tendencia del lquido a disminuir en lo posible
su superficie para un volumen dado, de aqu que un lquido en
ausencia de gravedad adopte la forma esfrica, que es la que tiene
menor relacin rea/volumen. Energticamente, las molculas situadas en
la superficie tiene una mayor energa promedio que las situadas en
el interior, por lo tanto la tendencia del sistema ser a disminuir
la energa total, y ello se logra disminuyendo el nmero de molculas
situadas en la superficie, de ah la reduccin de rea hasta el mnimo
posible. Otra manera de definirlo ser verlo como un fenmeno por el
cual la superficie de un lquido tiende a comportarse como si fuera
una delgada pelcula elstica.. La tensin superficial (una
manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto
a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas
que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad.Causas
de la tensin Superficial A nivel microscpico, la tensin superficial
se debe a que las fuerzas que afectan a cada molcula son diferentes
en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un
lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en
promedio se anulan. Esto permite que la molcula tenga una energa
bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta
hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del
lquido se tiene un gas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el
exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido
a la gran diferencia de densidades entre el lquido y el gas. Como
resultado de minimizar la superficie, esta asumir la forma ms suave
que pueda ya que est probado matemticamente que las superficies
minimizan el rea por la ecuacin de Euler-Lagrange. De esta forma el
lquido intentar reducir cualquier curvatura en su superficie para
disminuir su estado de energa de la misma forma que una pelota cae
al suelo para disminuir su potencial gravitacional.La tensin
superficial puede afectar a objetos de mayor tamao impidiendo, por
ejemplo, el hundimiento de una flor. La tensin superficial suele
representarse mediante la letra .Sus unidades son: Propiedades1.
>0, ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace
falta llevar ms molculas a la superficie, con lo cual disminuye la
energa del sistema o la cantidad de trabajo necesario para llevar
una molcula a la superficie.
2. depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto
que, en general, ser un lquido y un slido. As, la tensin
superficial ser igual por ejemplo para agua en contacto con su
vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un
slido, al cual podr mojar o no (vase capilaridad) debido a las
diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las
adhesivas (lquido-superficie).
3. se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud
(se mide en). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifsico
confinado por un pistn mvil, en particular dos lquidos con distinta
tensin superficial, como podra ser el agua y el hexano. En este
caso el lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a
disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor
tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve
el pistn desde el hexano hacia el agua.
4. El valor de depende de la magnitud de las fuerzas
intermoleculares en el seno del lquido. De esta forma cuanto mayor
sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser su tensin
superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres
lquidos: hexano, agua y mercurio. En el caso del hexano, las
fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de Van der Waals. El
agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente
de hidrgeno, de mayor intensidad, y el mercurio est sometido al
enlace metlico, la ms intensa de las tres. As, la de cada lquido
crece del hexano al mercurio.Coeficiente de tensin superficial y
Mtodo de Rayleigh
Se puede determinar la energa superficial debida a la cohesin
mediante el dispositivo dela figura. Una lmina de jabn queda
adherida a un alambre doblada en doble ngulo recto y a un alambre
deslizante AB. Para evitar que la lmina se contraiga por efecto de
las fuerzas de cohesin, es necesario aplicar una fuerza F al
alambre deslizante. La fuerza F es independiente de la longitud x
de la lmina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud Dx,
las fuerzas exteriores han realizado un trabajo FDx, que se habr
invertido en incrementar la energa interna del sistema. Como la
superficie de la lmina cambia en DS=2dDx (el factor 2 se debe a que
la lmina tiene dos caras), lo que supone que parte de las molculas
que se encontraban en el interior del lquido se han trasladado a la
superficie recin creada, con el consiguiente aumento de energa. Si
llamamos a g la energa por unidad de rea, se verificar que:La
energa superficial por unidad de rea o tensin superficial se mide
en J/m2 o en N/m. La tensin superficial depende de la naturaleza
del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general,
la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las
fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La
influencia del medio exterior se comprende ya que las molculas del
medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la
superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas
del lquido. En la formacin de las gotas, a partir del anlisis de la
dinmica presente en la formacin dela gota que se desprende de un
tubo cilndrico, de radio R y que el lquido tiene un coeficiente de
tensin superficial a. m = Masa de la gotaR= Radio de la punta de la
bureta= Coeficiente de tensin superficial del lquidoDe la ecuacin
(I) podemos determinar pero no se ha tenido en cuenta el trabajo de
deformacin cilindro esfera, por lo que no es muy exacta. Rayleigh
retoc esta expresin, obteniendo un modo emprico para determinar
Rectificando las constantes: Si V es el volumen del lquido de
densidad y N el nmero de gotas y en este volumen V, entonces la
masa de cada gota ser: Por lo tanto:
Medida de la tensin superficial de un lquido:Mtodo del anilloEl
mtodo de Du Nouy O Mtodo del anillo es uno de los ms conocidos. Se
mide la fuerza adicional F que hay que ejercer sobre un anillo de
aluminio justo en el momento en el que la lmina de lquido se va a
romper.La tensin superficial del lquido se calcula a partir del
dimetro 2R del anillo y del valor de la fuerza F que mide el
dinammetro.
El lquido se coloca en un recipiente, con el anillo inicialmente
sumergido. Mediante un tubo que hace de sifn se extrae poco a poco
el lquido del recipiente.En la figura se representa:
1. El comienzo del experimento2. Cuando se va formando una lmina
de lquido.3. La situacin final, cuando la lmina comprende nicamente
dos superficies (en esta situacin la medida de la fuerza es la
correcta) justo antes de romperse.Si el anillo tiene el borde
puntiagudo, el peso del lquido que se ha elevado por encima dela
superficie del lquido sin perturbar, es despreciable.IV.
PROCEDIMIENTO MONTAJE 1 - MTODO DE RAYLEIGHMonte el equipo tal como
muestra el diseo experimental de la figura 2.Vierta en la bureta el
lquido, cuya tensin superficial desea determinar.1. Mida la
temperatura del lquido del interior de la bureta. Anote el valor
correspondiente en la tabla 1.2. Use el vaso de precipitados como
depsito de descarga del lquido de la bureta.3. Tome dos puntos A y
B como niveles de referencia.4. Cuente el nmero de gotas de la
porcin de lquido entre los niveles de referencia. Repita este
procedimiento no menos de 5 veces. Cada vez anote en la tabla 1 el
nmero de gotas para el volumen elegido.5. Repita los pasos del 1 al
5 para otros lquidos (alcohol, ron, agua). Para hallar la masa en
cada medicin utilizamos:
Hallamos el (coeficiente de tensin superficial)Para el Como la
densidad del agua es entonces la masa ser el mismo valor del
volumen para cada medicin.
Hallamos la masa de una sola gota:De la ecuacin:
Para el alcoholUsamos la densidad del alcohol para hallar la
masa para cada volumen.
Hallamos la masa de una sola gota:
De la ecuacin:
Para el ronDe la misma forma hacemos uso de la densidad del ron
para hallar los valores de la masa en cada medicin del volumen.
Hallamos la masa de una sola gota:
De la ecuacin:
Anotamos los valores hallados en la Tabla A temperatura
ambiente: T=24C
LquidoAlcoholRon
VNmVNmVNm
1135630,87831392,7210.9631302,976
2135530,87831402,7210.9631332,976
3135530,87831382,7210.9631312,976
4135630,87831422,7210.9631322,976
5135730,87831382,7210.9631302,976
Promedio1355,830,8783139,42,7210.963131,22,976
(dina/cm)0.8650.3040.353
6. Ahora repita los pasos anteriores para T=50CEn bao Mara:
T=50C
LquidoAlcohol
VmlN(#gotas)
10,8783141
20,8783140
30,8783140
40,8783141
50,8783142
Promedio0,8783141
(dina/cm)0,301
Masa de una sola gota de alcohol: De la ecuacin:
V. EVALUACION:1. Para el equipo automatizado, determine el
coeficiente de tensin superficial utilizando la ecuacin 7. Con su
error correspondiente. Recuerde que la longitud del aro debe estar
en metros.De los valores promedio de la fuerza de tensin
superficial:
De la ecuacin:
2. Calcule el error porcentual y evale si este se encuentra en
el valor estimado en el error total.Para determinar el error
porcentual, primero debemos de priorizar que el coeficiente de
tensin superficial disminuye al aumentar la temperatura del medio.
Por consiguiente trabajamos con la temperatura ambiente de 25 C. El
valor terico del coeficiente de tensin superficial para esta
temperatura es de 72 dinas/cm. Haciendo las conversiones de
unidades, se determin el valor.
3. D cinco ejemplos de aplicacin prctica del fenmeno de tensin
superficial: En los campos de ciencia, tecnologa y hogar.Se usa
mucho para crear productos qumicos que sean capaces de penetrar en
las fibras de los tejidos para arrancar la suciedad (detergentes).
Estos productos bajan la tensin superficial y permiten que el agua
moje mejor los espacios minsculos entre las fibras.Se usa para
crear productos impermeabilizantes. Impermeabilizantes elsticos
Impermeabilizantes cemento Productos cementosos Pinturas
impermeabilizantes Hidrofugantes (productos que aumentan la
repelencia al agua de la superficie del cuero sin reducir la
permeabilidad al vapor de agua).Para crear molculas de productos
especiales que al rociarse sobre las manchas de petrleo sean
capaces de disolverlas (fertilizantes como nutrientes para las
bacterias: nitratos y fosfatos).4. El dimetro interior y exterior
del aro son: 20 mm y 19mm .Halle la longitud sobre la cual la
superficie tensora del lquido hace su accin.Sabemos que:
Adems este va a ser un anillo por lo cual tomaremos las medidas
por los dos lados, entonces:
5. Compare los resultados de ambos mtodos. Cul es su opinin al
respecto?Tienen algo en comn, sin embargo la segunda resolucin es
ms exacta que la primera.
VI. CONCLUSIONES: La tensin superficial es una propiedad de los
lquidos, por los cuales estos pueden pasar por los intersticios de
un slido, es casi similar a la presin, con la diferencia que la
fuerza que ejerce hacia adentro y tiende a encoger su superficie.
Debido a la tensin superficial, las molculas de los lquidos se
atraen unas a otras por tanto las que se encuentran en la
superficie tambin estarn atradas a las del interior, as tambin sern
atradas por las molculas del recipiente que los contiene, esto
puede ser ya que las gotas adquieren una forma esfrica, entonces se
puede reducir el nmero de molculas en la superficie, esta tendencia
de contraccin es motivo por lo cual existe tensin. El fenmeno de
tensin superficial est muy presente en nuestra vida cotidiana, este
explica muchos fenmenos caractersticos del estado lquido, por
ejemplo la formacin de gotas cuando el lquido sale a travs de
orificios pequeos, la formacin de espuma, etc. Asimismo esto da
lugar a que muchos lquidos no pasen a travs de mallas muy finas,
tal es el caso del agua a travs de los tejidos del paraguas.
Asimismo observamos de las tablas que esta es inversamente
proporcional a la temperatura, ya que disminuye a medida que la
temperatura aumenta.
IX. BIBLIOGRAFIA:
1. P. A. Tipler, G. Mosca.Fsica para la ciencia y la tecnologa,
vol. 2. Revert, 5ta Edicin. Espaa, 2005.
2. R. Resnick y D. Halliday,Fsica, parte 1, Compana Editorial
Continental S. A. , Mexico, 1986.
3. F. W. Sears y M. W. Zemansky,Fsica General, Aguilar S. A. de
Ediciones, Madrid, 1975.
4. Giancoli. FSICA. Principios y Aplicaciones.Editorial Revert
1985.
