4° Laboratorio De Fisica 2 (Tensión Superficial) -

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LABORATORIO DE FSICA II Pgina 1

FSICA IITema: TENSIN SUPERFICIALProfesor: Quiroga Agurto

Facultad: Ing. Naval y Ciencias Del Mar

Alumno: Pacheco Simn Sergio

Ciclo: III

Aula: I- 405

Turno: Maana

Ao:


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TENSIN SUPERFICIAL

1. OBJETIVOS:

Determinar la fuerza de tensin superficial que ejerce un lquidoproblema, refirindola a la unidad de longitud sobre la que acta estafuerza.

2. EQUIPOS Y MATERIALES :

Un (01) Dinammetro de Precisin Leybold Didactic ( N;Precisin 1 mN).

Un (01) Aro metlico (dimetro: 6 cm aprox.) Un (01) Recipiente de Cristal. Tres (03) Lquidos: agua y glicerina. Un (01) Soporte universal. Un (01) Soporte elevador. Una (01) Nuez simple. Una (01) Varilla de metal (aprox. 50 cm). Un (01) Calibrador vernier o pie de rey.


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3. FUNDAMENTO TERICO:

Puede definirse como la fuerza que ejerce un lquido sobre una determinadasuperficie debido a la existencia de una atraccin no compensada hacia elinterior del mismo sobre las molculas individuales de la superficie. La tensinsuperficial depende de la naturaleza del mismo, del medio que le rodea y de latemperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas decohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medioexterior se comprende ya que las molculas del medio ejercen accionesatractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido,contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.

La resultante de las fuerzas de interaccin sobre una molcula que seencuentra en:

A: Molcula en el interior del liquido

B: Molcula en la superficie del liquido

En el caso de A en la figura, est rodeada de otras molculas similaresy las fuerzas de atraccin y repulsin que se establecen entre ellas dan

como resultado un sistema en equilibrio.


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Si estudiamos el comportamiento de una molcula B del mismo lquido,se observa que el sistema no est en equilibrio, ya que faltan molculas

para lograrlo. Como resultado todas las molculas de la superficie creanun estado de tensiones dirigidas hacia el interior del lquido. Ese estadode tensiones se conoce como Tensin superficial.

Casos:

Un lquido que fluye lentamente por el extremo de un cuentagotas nosale en forma de chorro continuo, sino como una sucesin de gotas. Unaaguja de coser o una moneda, colocada cuidadosamente sobre lasuperficie del agua, forma en ella una pequea depresin y permaneceen reposo sin hundirse, aunque su densidad llegue a ser hasta diezveces mayor que la del agua.

Cuando un tubo de vidrio, limpio y de pequeo calibre, se sumergedentro del agua, esta se eleva en su interior; pero si se sumerge enmercurio, el mercurio desciende. Estas experiencias, y otras muchas denaturaleza anloga, estn relacionadas con la existencia de unasuperficie lmite entre un lquido y alguna otra sustancia.

Todos los fenmenos citados indican que cabe imaginar la superficie de unlquido en tal estado de tensin que se asemejara con una membrana elstica

tensa.

Se define el coeficiente de tensin superficial () como la fuerza que la tensinsuperficial de un lquido ejerce sobre la parte del objeto en contacto con lasuperficie del mismo, resultado de la atraccin de las molculas, refirindola ala unidad de longitud del contorno (o permetro).

DNDE:

L:Longitud de la superficie en contacto con el lquido (permetro del Aro).

F:Fuerza de la Tensin Superficial.

: Coeficiente de dilatacin lineal o coeficiente promedio de expansin lineal,tiene unidades de .


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Debido a la tensin superficial, las gotitas pequeas de un lquido tienden aadquirir forma esfrica. Cuando se forma la gota, la tensin superficial tiende a

comprimirla reduciendo al mnimo posible la superficie de la misma, resultandoas esfrica la gota.

Muchas manifestaciones de la tensin superficial: transformacin de un chorrode lquido en gotas, curvatura de un lquido en las paredes del recipiente que locontiene, etc., permiten encontrar relaciones de proporcionalidad entre ladensidad de un lquido (masa de la unidad de volumen), y su tensinsuperficial, de forma que siempre sta es mayor en los lquidos ms densos.

MEDIDA DE LA TENSIN SUPERFICIAL DE UN LQUIDO:

El mtodo de Du Nouy es uno de los ms conocidos. Se mide la fuerzaadicional F que hay que ejercer sobre un anillo de aluminio justo en elmomento en el que la lmina de lquido se va a romper. (Ver Figura N 1)

La tensin superficial del lquido se calcula a partir del dimetro 2Rdel anillo ydel valor de la fuerza Fque mide el dinammetro.


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El lquido se coloca en un recipiente, con el anillo inicialmente sumergido.

En la figura se representa:

1) El comienzo del experimento.2) 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) justoantes de romperse.

Si el anillo tiene el borde puntiagudo, el peso del lquido que se ha elevadopor encima de la superficie del lquido sin perturbar, es despreciable.


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Adhesin:La adhesin es la propiedad de la materia por la cual se unen dos

superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran encontacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.

Cohesin:La cohesin es distinta de la adhesin. La cohesin es la fuerza deatraccin entre partculas adyacentes dentro de un mismo cuerpo,mientras que la adhesin es la interaccin entre las superficies dedistintos cuerpos. En los gases la fuerza de cohesin puede observarseen su licuefaccin que tiene lugar al comprimir una serie de molculas yproducirse fuerzas de atraccin suficientemente altas para producir unaestructura lquida. En los lquidos, la cohesin se refleja en la tensin

superficial causada por una fuerza no equilibrada hacia el interior dellquido que acta sobre las molculas superficiales y tambin en latransformacin de un lquido en slido cuando se comprimen lasmolculas lo suficiente.

4. PROCEDIMIENTOS :

Se realizarn medidas de la tensin superficial del agua y glicerina (en esteorden), para lo cual pondremos en contacto las correspondientes superficies delos lquidos con un aro metlico, de permetro L conocido. As, la tensin

superficial del lquido problema ser la fuerza que experimenta el aro porunidad de longitud cuando est en contacto (no sumergido) con dicho lquido.El resultado debe darse en unidades del Sistema Internacional.

Se aconseja limpiar, con agua y alcohol la zona del aro y de la lmina que va ahacer contacto con el lquido.

Pasos a seguir:

1) Tomamos las medidas del aro metlico usando el vernier; tomaremos losdatos del dimetro interno o externo ya que son casi iguales por ser muy

puntiaguda la parte del aro que estar en contacto y con los cualesobtendremos los radios respectivos para los datos los colocaremos en laTabla N1.


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D = 6 cm R = 3 cm

Sabemos que la longitud de una circunferencia o el permetro de una

circunferencia se pueden obtener con la siguiente frmula:

= 2 x R

Entonces para el clculo del permetro L del aro tenemos:

L = 2( 2 x R )

Remplazando:L = 2( 2 x 3 cm)

L = 37.69 cm 0.376 m

2) Nuestro sistema para el desarrollo de la experiencia fue la siguiente:


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3) Descendimos el aro hasta que toque la superficie del lquido, lo msparalelo posible.

4) Una vez en contacto, hacemos descender lentamente el soporte del vasoobservando el indicador del dinammetro hasta que el aro se despegue dellquido. Lo notaremos porque se observar un salto apreciable en laslecturas realizadas. Anotar este ltimo valor como F. Repetir la experiencia5 veces para cada sustancia.

FUERZA DE TENSIN SUPERFICIAL

N de Prueba Resultados en AGUA

1 16.5

2 16.5

3 16.5

4 16.6

5 16.6

PROMEDIO 16.54


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N de Prueba Resultados en GLICERINA

1 182 17.9

3 17

4 18

5 20

PROMEDIO 18.18

5) Calcular en cada caso y para cada sustancia. Se efecta clculo deerrores correspondiente.

Dnde:

: Coeficiente de tensin superficial.

F: Fuerza de tensin superficial.

L: Longitud de la superficie en contacto con el lquido (en el caso de nuestroexperimento es el permetro del aro).

Entonces:

La Temperatura del ambiente ser aproximadamente 20C.


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TABLA N 1: Medidas Experimentales

DATOS

LQUIDOS

Agua Glicerina

Longitud permetro del aro L (m)

Fuerza Tensin Superficial F(N)

Coeficiente de Tensin Superficial (N/m)

Temperatura de Referencia (C) 20C 20C

Ahora buscaremos valores referenciales de los coeficientes de TensinSuperficial de los lquidos usados y calcule los errores relativos porcentuales ycoloque los resultados en la tabla N 2.

TABLA N 2: Medidas Experimentales

DATOS

LQUIDOS

Agua Glicerina

Coeficiente de Tensin Superficial (Referencial)

Coeficiente de Tensin Superficial (Experimental)

Error Relativo Porcentual (%)

Calculo de los errores relativos porcentuales:


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Para el Agua:

| |

Para la Glicerina:

| |

Datos adicionales:

TABLA N 3: Tensin superficial de los lquidos a 20C

Lquido

Aceite De Oliva 33.06

Agua 72.8

Alcohol etlico 22.8

Benceno 29.0

Glicerina 59.4

Petrleo 26.0


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La Tensin Superficial del Agua:

Dado que las fuerzas intermoleculares de atraccin entre molculas de agua sedeben a los enlaces de hidrgeno y stos representan una alta energa, latensin superficial del agua es mayor que la de muchos otros lquidos.

CUADRO N 1: Comparacin de la Tensin Superficial del Agua y otroslquidos

El agua muestra un valor de tensin superficial mayor que otros lquidoscomunes a temperatura ambiente. En el diagrama se muestra un valor tres

veces mayor que la media de los otros lquidos


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5. CUESTIONARIO:

1. A la vista de los resultados, podras concluir que existe alguna relacinentre tensin superficial y densidad?

Si existe, aparte la frmula para hallar la tensin superficial es:

Tensin =

Dnde:

r: es radio

d: densidadg: la aceleracin de la gravedad (9.8 m/)h: altura

La tensin superficial es la fuerza que se necesita vencer para extender toda elrea superficial del lquido. Un lquido que tenga una densidad elevada, tendruna tensin superficial mayor.

Adems El Coeficiente de Tensin Superficial depende de la densidad debido a lapresin que al elevarla (por ejemplo) en un tubo cilndrico de pequeo dimetrosumergida en un lquido contenido en una vasija de dimensiones mayores,

aumenta el tamao de la burbuja de aire que es expulsada en su extremo interior,aumentando su superficie; pero si la densidad del lquido es mayor esto dificulta lasalida de la burbuja de aire, por lo tanto el trabajo aumentara y el coeficientetambin se incrementara

2. El coeficiente de tensin superficial Est relacionado con laviscosidad?

Un fluido es una sustancia que puede fluir. Los lquidos se diferenciannotablemente en sus coeficientes de viscosidad los cuales determinan el lmiteentre lo slido y lo lquido. A medida que la viscosidad aumenta, el trabajo tambinlo hace provocando que el coeficiente de tensin superficial se eleve. Estosignifica que la viscosidad esta en relacin directa con el coeficiente de tensinsuperficial.


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3. Cules son las causas de la tensin superficial?

La tensin superficial es causada por los efectos de las fuerzas intermolecularesque existen en la interface. La tensin superficial depende de la naturaleza dellquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Lquidos cuyas molculastengan fuerzas de atraccin intermoleculares fuertes tendrn tensin superficialelevada.

4. Cmo influye la temperatura a la tensin superficial?

La tensin superficial de los lquidos disminuye con la elevacin de la temperatura.La mayor agitacin de las molculas a temperaturas altas, baja la resultante de lafuerza de atraccin de estas, y la de las fuerzas que jalan las molculas hacia elinterior del lquido. Para la mayor parte de la variacin de la temperatura, la

relacin entre la tensin superficial y la temperatura inversamente proporcional.

5. Qu es Capilaridad y que es un menisco?

La tensin superficial en la capilaridad, es decir, la elevacin o descenso de unlquido en un tubo capilar son productos por la tensin superficial, dependiendo delas magnitudes relativas de la cohesin del lquido y la adherencia del lquido a lasparedes del tubo. Los lquidos se elevan en un tubo que mojan (adherencia >cohesin) y descienden en los tubos que no mojan (adherencia < cohesin).

La tensin superficial en el menisco es la curva volteada de la superficie de unlquido que se produce en respuesta a la superficie de su recipiente. Estacurvatura puede sercncava o convexa, segn si las molculas del lquido y lasdel recipiente se atraen (agua y vidrio) o repelen (mercurio y vidrio),respectivamente.

6. El coeficiente de tensin superficial Es igual a = cero para el agua?Podra generalizarse para otros lquidos?

Para un lquido dado, digamos en este caso el agua, el valor de disminuye conla temperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en unamenor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tiende a

cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura critica del compuesto(Tc agua =400,85 C o). En este punto, el lquido es indistinguible del vapor,formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entreambos.
http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3ncavohttp://es.wikipedia.org/wiki/Convexohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vidriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_%28elemento%29http://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_%28elemento%29http://es.wikipedia.org/wiki/Vidriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Convexohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3ncavo


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7. Si la fuerza requerida para separar un anillo de DuNoy de 4 cm dedimetro de la superficie de un lquido es de 18.6 Cul es el

valor de la tensin superficial del lquido?L = 2( 2 x 0.02 m )

L = 0.25 m

8. De cinco (05) ejemplos donde se aplica la Tensin Superficial.

1) Echando suavemente un puado de tierra en un depsito de agua, se verque algunas partculas de tierra flotan en la superficie del agua, a pesarque son mucho ms pesadas que el agua.

2) Si engrasamos una aguja pequea y con la ayuda de un soporte dealambre delgado, la ponemos muy suavemente sobre la superficie libre delagua, veremos que puede flotar a pesar que la densidad del acero esmuchas veces mayor que ladelagua. Si observamos con una lupa la superficie del agua, veremos queestdeformada, tal como si en la superficie libre del agua hubiera unapelcula o membrana muy delgada que sostuviera la aguja.

3) Cuando una burbuja de aire sube del interior de una masa lquida a lasuperficie ,al llegar a ella el aire no sale libremente, sino que se forma unapelcula o membrana del lquido que lo impide formndose lo quellamamos espuma.

4) Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua.

5) La capilaridad, el fenmeno que permite a las plantas llevar el agua desdelas races hasta la parte ms alta del tallo.

9. Cmo aplicara este tema en su carrera profesional?

Los hidrocarburos derramados por lo barcos en el mar flotan y se propaganformando una gran mancha. Esto puede solucionarse por precipitacin, si seaplican los dispersantes:

Los dispersantes son agentes qumicos que alteran el comportamiento fsicode los hidrocarburos sobre la superficie del mar. Consisten en una mezcla deagentes tensioactivos disueltos en un solvente que ayuda a que la mezclapenetre en los hidrocarburos. Los agentes tensioactivos reducen la tensinsuperficialde los hidrocarburos, aumentando as la velocidad de formacin depequeas gotas, separando el producto en partes y precipitndolo al fondo delmar.


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6. OBSERVACIONES:

Por cada prueba que se realiza poner al dinammetro de precisin en 0 mN.

El radio interior y exterior del aro en contacto con el lquido son casi lo mismo.

Por cada prueba que se realiza Bajar lentamente con el soporte elevador elrecipiente que contiene al lquido y al aro en contacto.

Mantener el aro tensionado por un tiempo de 10s.

7. CONCLUSIONES:

Pudimos percibir que entre mayor sea la fuerza de cohesin del fluidoms fuerza ser necesaria para romper la pelcula.

Se pudo reconocer la relacin que hay entre cada liquido de acuerdo a suspropiedades, es decir cada liquido responde de diferente manera en cuanto asu viscosidad y su tensin superficial.

8. RECOMENDACIONES:

Descender el aro hasta que toque la superficie del lquido, lo ms paraleloposible.

Limpiar el aro al cambiar de lquido.

No botar la glicerina, con un embudo regresarlo al frasco.

Apuntar la fuerza de tensin superficial antes de que el aro salte del lquido.

No apoyarse en la mesa donde se desarrolla el experimento.

9. REFERENCIAS :

Sears, F. Zemansky, M. (1971) FISICA GENERAL VOL 1 5 ED. Barcelona:Espaa. Aguilar.

Serway .Jewett Fsica para ciencias e ingeniera.

TINS Manual de Ondas, Fluido y Calor.

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