TENSIN SUPERFICIALINTRODUCCIONEn fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.[1] Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. 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. Como efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un lquido en la zona de contacto con un slido.

Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.

En fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea. Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. 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.

Se determin experimentalmente que la densidad del agua, ) g/mlSe determin experimentalmente que la densidad del alcohol, Se determin experimentalmente que la tensin superficial del agua, Se determin experimentalmente que la tensin superficial del alcohol, I. OBJETIVOS

1.1. Determinar experimentalmente el coeficiente de tensin superficial del agua.

1.2. Determinar experimentalmente el coeficiente de tensin superficial del alcohol.II. FUNDAMENTO TERICO

2.1 CAPILARIDAD2.1.1 Propiedad de atraer un cuerpo slido y hacer subir por sus paredes hasta cierto lmite el lquido que las moja, como el agua, y de repeler y formar a su alrededor un hueco o vaco con el lquido que no las moja, como el mercurio. La capilaridad de los lquidos:

En un recipiente se derrama agua. Se introduce en el recipiente un tubo de cristal alargado y estrecho. Inmediatamente parte de agua del recipiente ascender por el tubo hasta alcanzar una altura determinada, esta altura ser tal que el peso del lquido que quede dentro del tubo sea igual a la tensin superficial de dicho lquido. Si tomamos un tubo de cristal grueso comunicado con uno fino y echamos agua en l se ver como el tubo grueso alcanza menos altura que el fino. Si hacemos la misma prueba con mercurio en vez de con agua resultar que el tubo grueso alcanza ms altura que el fino adems en el primer caso se puede ver que el agua se une con la pared del tubo de forma cncava, mientras que con el mercurio lo hace de forma convexa. [1]

Fig.1: capilaridad del liquido

2.1.2 Capilaridad: Si metemos un tubo delgado hueco en un lquido, el lquido ascender dentro del tubo con respecto al nivel exterior. Este efecto recibe el nombre de capilaridad. Funciona de esta forma: el empuje hacia abajo de la gravedad sobre el lquido en el tubo es superado por la fuerza de adhesin entre el lquido y las pareces del tubo. Es la capilaridad la que alza el agua en las plantas (otro mecanismo que hace que entre el agua por las races es la smosis, pero lo que verdaderamente hace que suba el agua hacia las copas de los arboles (hasta 20-30 metros de altura), es la prdida constante de agua que estos sufren por las hojas debido a la transpiracin, crendose una presin negativa que se compensa con la entrada de agua nueva por las races). [2]2.2. Tensin superficial.2.2.1. En fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.[] Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. 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.

Fig. 2: Diagrama de fuerzas entre dos molculas de un lquido.

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. [ 3]2.2.4. ECUACION Fig.3: Diagrama de cuerpo libre de la capilaridad FY = 0 L cos W = 0

(2r cos = 0

. Ec. 1

Despejando:

= Ec. 2Donde:

= tensin superficial interfacial (N/m).

= ngulo de contacto. = densidad del agua (Kg/m3).g = aceleracin debido a la gravedad (m/s2)

r = radio del tubo (m).

h= altura de agua que asciende en el tubo por efectos de capilaridad

Valores para diferentes materiales

Tabla 1: Ejemplos de tensin superficial: Tabla de tensin superficial de lquidos a 20C

MaterialTensin Superficial / (10-3 N/m)

Acetona23,70

Benceno28,85

Tetra cloruro de Carbono26,95

Acetato de etilo23,9

Alcohol etlico22,75

ter etlico17,01

Hexano18,43

Metanol22,61

Agua72,75

III. MATERIALES Y EQUIPOS

3.1. 01 vaso de precipitacin de vidrio de 500mL.

3.2. Vernier de fierro de precisin 0.2m/ 5 x 10-5m3.3. 03 tubos delgados de vidrio de diferentes dimetros:

dimetro1 = 0.002m, dimetro2 = 0.004m, dimetro3 = 0.005m

3.4. 500 ml de agua destilada.

3.5. 500 ml de alcohol de 96.

IV. PROCEDIMIENTO4.1. Tensin superficial del agua y el alcohol4.1.1. Se vierte el agua sobre el vaso de precipitacin.4.1.2. Se coloca uno de los tubos delgados en el agua, y se debera observar una elevacin en la columna de agua. Este proceso puede ser rpido as como muy lento. Para evitar problemas de tiempo, se sumerge completamente el tubo delgado en el agua y se lo retira. Luego se espera a que el agua del tubo caiga por su propio peso, pero se quedar una pequea columna de agua que no caer. Esa columna que quede es producto de la capilaridad del agua.

4.1.3. Tome nota de la altura de la columna que quede en el tubo y los coloca en la tabla 01.4.1.4. Con la ayuda del Pie de Rey mida el dimetro interno del tubo seleccionado y antelo en la tabla 01.4.1.5. Repetir los pasos 1, 2, 3 y 4 cambiando para los otros tubos delgados.4.1.6. Repetir los pasos 1, 2, 3, 4 y 5 cambiando el agua por alcohol, y anotar los datos obtenidos en la tabla 02.

V. ANALISIS DE DATOS

5.1. Para el aguaTABLA 2: Mtodo de mnimos cuadrados para el aguaMETODO DE MINIMOS CUADRADOS PARA EL AGUA

NM (g)V (cm3)MV g/cm3V2 cm6M* = a+bVi[Mi-(a+bVi)]2

149.53502476.50250050.00530.2259

2101.8510010185.001000099.88533.8600

3149.7915022468.5022500149.76530.0006

4197.3320039466.0040000199.64535.3606

5245.0225061255.0062500249.525320.2977

6305.5330091659.0090000299.405337.5120

7349.52350122332.00122500349.28530.0551

8399.17400159668.00160000399.16530.0000

9448.78450201951.00202500449.04530.0704

10498.18500249090.00250000498.92530.5555

sumatoria2744.702750960551.009625002744.65367.9378

a=( M V2-VVM) /[NV2 -(V)2 ]

a=[(2744.70)(962500)-(2750)(960551.00)]/[10(962500)-(2750)2]M: Masa real

a=(2641773750-2641515250)/(9625000-7562500)M*: Masa estimada

a=258500/2062500

a=0.1253

b=(NVM-VM)/[NV2 -(V)2 ]

b=[(10)(960551.00)-(2750)(2744.70)/[10(962500)-(2750)2]

b=(9605510-7547925)/(9625000-7562500)

b=2057585/2062500

b=0.9976

M=a+bV

M=0.1253 + 0.9976V

Para el agua

La pendiente

Hallando Sb

y = (a Sa)x + (b Sb)

y = (0.9976 0.0064) V + (0.1253 0.0199)LA DENSIDAD DETRMINADA EXPERIMENTALMENTE DEL AGUA ES:

= (0.9976 0.0064) g/mlTABLA 3: datos de altura, dimetro y radio del tubo con agua.

TuboAltura (m)Dimetro medido (m)Radio (m)

10,0140,0020,001

20,0070,0040,002

30,0060,0050,0025

De la ecuacin tenemos

Despejando

Donde:

= tensin superficial

= ngulo de contacto.

= densidad (km/m3)

g = aceleracin debido a la gravedad (m/s2).

r =radio del tubo (m).

h= altura de agua que asciende en el tubo por efectos de capilaridad.

Para el caso del agua, tenemos:

= ??

= 20

= 1997.6 km/m3

g = 9.80665 m/s2USANDO LA ECUACION 2:

Para el tubo 1

1= (0.014m x 997.6 kg/m3 x 9.80665 m/s2 x 0.001 m)/2 cos1= 1.369/1.88

1=0.729 N/mPara el tubo 2

2= (0.007m x 997.6 x 9.80665 x 0.002)/ 2 cos2=0.136/ 1.882=0.728 N/mPara tubo 3

3= (0.006 x 997.6 x 9.80665 x 0.025)/ 2 cos3= 1.35/1.883=0.718 N/ms= s= s= 0.0095 N/m

= (0.718 0.0095) N/m5.2. Para el alcohol

TABLA 3: Mtodo de mnimos cuadrados para el alcoholMETODO DE MINIMOS CUADRADOS

NM (g)V(cm3)VM (g/cm3)V2 (vm6)M* = (a+bVi)g[Mi-(a+bVi)]2

139.79501989.5250040.73170.88679889

279.7810079781000080.83671.11661489

3121.4715018220.522500120.94170.27910089

4162.222003244440000161.04671.37663289

5202.0125050502.562500201.15170.73667889

6241.783007253490000241.25670.27384289

7281.5835098553122500281.36170.04765489

8321.38400128552160000321.46670.00751689

9361.16450162522202500361.57170.16949689

10400.96500200480250000401.67670.51365889

sumatoria2212.132750773775.59625002212.0425.4079969

a=( M V2-VVM) /[NV2 -(V)2 ]

a=[(2212.13)(962500)-(2750)(773775.5)]/[(10)(962500)-(2750)2]

a=(2129175125-2127882625)/(9625000-7562500)

a=1292500/2062500

a=0.6267

b=(NVM-VM)/[NV2 -(V)2 ]

b=[(10)(773775.5)-(2750)(2212.13)]/[(10)(962500)-(2750)2]

b=(7737755-6083357.5)/(9625000-7562500)

b=1654397.5/2062500

b=0.8021

M=a+bV

M=0.6267+0.8021V

PARA EL ALCOHOL

La pendiente

Hallando el Sb

y= (a Sa)x + (b Sb)

y= (0.8021 0.0018)x + (0.6267 0.0144)

LA DENSIDAD DETERMINADA EXPERIMENTALMENTE DEL ALCOHOL ES:

= (0.8021 0.0018) g/ml

TABLA 5: datos de altura, dimetro y radio del tubo con alcohol.

TuboAltura (m)Dimetro medido (m)Radio (m)

10,0050,0020,001

20,00250,0040,002

30,0020,0050,0025

Usando

Para la prueba con alcohol.

= ?

= 20

= 1997.6 km/m3

g = 9.80665 m/s2Para el tubo 1

1= (0.005m x 802.1 kg/m3 x 9.80665 m/s2 x 0.001 m)/2 cos1= 0.0393/1.88

1=0.0210 N/m

Para el tubo 2

2= (0.0025m x 802,1 x 9.80665 x 0.002)/ 2 cos2=0.0393/ 1.882=0.0209 N/m

Para tubo 3

3= (0.002 x 802.1 x 9.80665 x 0.025)/ 2 cos3= 0.3933/1.883=0.2092 N/ms= s= s= 0.0942 N/m

= (0.2092 0.0942) N/m

5.3. CUESTIONARIO5.3.1. Qu importancia tiene el fenmeno de la capilaridad en la vida cotidiana?

El fenmeno de la capilaridad es de vital importancia en la vida animal y vegetal, por ejemplo, los rboles obtienen los nutrientes de la tierra, debido a que por capilaridad, el agua los transporta hasta su copa.5.3.2. En qu reas de la industria se utilizan este fenmeno?

MedicinaEs de particular utilidad en medicina para ilustrar la presin necesaria para mantener el alveolo sin colapsarse. Debido a la existencia del fluido surfactante que rodea el exterior (en contacto con el aire) del alveolo, ste tiene la tendencia a colapsarse. La presin necesaria para evitar que el alveolo se colapse como consecuencia de la presin del surfactante alveolar es proporcional a la tensin causada por dicho surfactante e inversa al radio del alveolo.

Industria

La soldadura por capilaridad tiene lugar cuando a la unin de un tubo y un accesorio, despus de su calentamiento, se le aporta un metal que se funde al contacto con ellos. Debido al fenmeno de capilaridad, el metal fundido asciende y se extiende en cualquier sentido, por el reducido espacio que queda entra la pared del tubo y la del accesorio; con ello, al enfriarse se consigue una unin totalmente hermtica.

5.3.3. Determine qu fenmenos han intervenido para que la capilaridad exista como tal.

Altura de la columna de lquido

Tensin superficial interfase (entre el lquido y el material del tubo)

Densidad del lquido

Aceleracin de gravedad

Radio del tuboVI. RESULTADOSPara el agua:

E% = error porcentual

Densidad= (0.99760.0064) g/ml

Tensin superficial= (0.729 0.0095) N/m

E% =

Tensin superficial= (0.728 0.0095) N/m

E% =

Tensin superficial= (0.0718 0.0095) N/m

E% = Para el alcoholE% = error porcentual

Densidad= (0.80210.0018) g/ml

Tensin superficial= (0.210 0.001) N/m

E% =

Tensin superficial= (0.211 0.001) N/m

E% = Tensin superficial= (0.212 0.001) N/m

E% = VII. DISCUSIONES Y RECOMENDACIONES

Para agua

= (0.9976 0.0064)g/mlI% = I% = I% = 0.24%HO = N/m

HO = HO = (0.729) N/mI%=I% = I% = 0.137%

PARA ALCOHOL

= (0.8021 0.0018)g/mlI% = I% = I% = 0.24% = N/m

= = (0.211) N/mI%=I% = I% = 7,4%

Recomendaciones:

Conseguir tubos de menor radio para la prctica.

Medir con precisin el volumen del lquido.VIII. CONCLUSIONES

8.1. Se determin experimentalmente que la densidad del agua, ) g/ml8.2. Se determin experimentalmente que la densidad del alcohol, 8.3. Se determin experimentalmente que la tensin superficial del agua, 8.4. Se determin experimentalmente que la tensin superficial del alcohol, IX. REVISIN BIBLIOGRFICA

[1] Capilaridad, vista al 16 de julio del 2010 en: http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad.

[2] Fenmeno de capilaridad, vista al 16 de julio del 2010 en: http://www.elcobre.com/index.php?option=com_content&view=article&id=72&Itemid=86.

[3] Tensin superficial, vista al 16 de julio del 2010 en: http://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Fen%C3%B3menos_superficiales_de_los_l%C3%ADquidos/Tensi%C3%B3n_superficial.

6. TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD

MATERIAL: MATERIAL:

Aro con hilo

Solucin jabonosa

Capilares

Agua .

DESCRIPCION:

Introduzca el aro en la solucin para que se forme una pelcula de la misma

Observe si se notan fuerzas sobre el hilo. Mueva el aro para que sea ms claro si se notan a no esas fuerzas

Con un objeto puntiagudo rompa la pelicula en una de los dos lados del hilo y observe la, diferencia respecto a la observacin del paso anterior

En el caso de la capilaridad, sumerja el extremo de diferentes capilares en un vaso con agua y observe lo que sucede

Midiendo la altura que sube el agua en los capilares los alumnos pueden medir el radio medio de los mismos

El maestro pueda realizar otros experimentos sencillos y vist ILUSTRA: El fenmeno de la tensin superficial en lquidos y el

efecto conocida como capilaridad

Solucin jabonosa

Capilares

Agua .

DIAGRAMA:

DESCRIPCION:

Introduzca el aro en la solucin para que se forme una pelcula de la misma

Observe si se notan fuerzas sobre el hilo. Mueva el aro para que sea ms claro si se notan a no esas fuerzas

Con un objeto puntiagudo rompa la pelicula en una de los dos lados del hilo y observe la, diferencia respecto a la observacin del paso anterior

En el caso de la capilaridad, sumerja el extremo de diferentes capilares en un vaso con agua y observe lo que sucede

Midiendo la altura que sube el agua en los capilares los alumnos pueden medir el radio medio de los mismos

El maestro pueda realizar otros experimentos sencillos y vistosos sobre el tema corno los siguientes:

Hacer un barquito de jabn

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

_1382585249.unknown

_1382585254.unknown

_1382585256.unknown

_1382585258.unknown

_1382585259.unknown

_1382585260.unknown

_1382585257.unknown

_1382585255.unknown

_1382585252.unknown

_1382585253.unknown

_1382585251.unknown

_1382585245.unknown

_1382585247.unknown

_1382585248.unknown

_1382585246.unknown

_1382585243.unknown

_1382585244.unknown

_1382585242.unknown