LABORATORIO Nº 4 TENSION SUPERFICIAL

7/29/2019 LABORATORIO N 4 TENSION SUPERFICIAL

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Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de Ingeniera Qumica y Textil

Densidad y tensin superficial Pgina 1

I.- OBJETIVOS:

- Determinar la densidad media de algunos cuerpos mediante los principios de la

esttica e hidrosttica.

- Determinar el coeficiente de tensin superficial de un lquido.

II. FUNDAMENTO TERICO

Densidad media: La densidad media de un objeto cualquiera se define como elcociente entre la masa y el volumen de dicho objeto. Si el objeto es de un materialhomogneo, entonces dicha densidad media del objeto ser tambin la densidad delmaterial. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cbico

(kg/m3

), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3

. La densidad es una magnitudintensiva

Donde es la densidad, m es la masa y Ves el volumen del determinado cuerpo.

Tensin superficial: En un fluido cada molcula interacciona con las que le rodean.El radio de accin de las fuerzas moleculares es relativamente pequeo, abarca a lasmolculas vecinas ms cercanas.

Consideremos una molcula (en color rojo) en el seno de un lquido en equilibrio,alejada de la superficie libre tal como la A. Por simetra, la resultante de todas lasfuerzas atractivas procedentes de las molculas (en color azul) que la rodean, sernula. En cambio, si la molcula se encuentra en B, por existir en valor medio menosmolculas arriba que abajo, la molcula en cuestin estar sometida a una fuerzaresultante dirigida hacia el interior del lquido. Si la molcula se encuentra en C, laresultante de las fuerzas de interaccin es mayor que en el caso B. La fuerzas deinteraccin, hacen que las molculas situadas en las proximidades de la superficielibre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del lquido. Comotodo sistema mecnico tiende a adoptar espontneamente el estado de ms bajaenerga potencial, se comprende que los lquidos tengan tendencia a presentar alexterior la superficie ms pequea posible.
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Como consecuencia, para aumentar la superficie de un lquido y, por tanto, para llevar

molculas a la superficie hay que realizar un trabajo contra estas fuerzas atractivas

aumentando la energa potencial del sistema. El trabajo realizado es proporcional al

aumento de la superficie y al coeficiente de tensin superficial (en el S.I. se mide en

)

Teniendo en cuenta, por otra parte, que el trabajo W se puede escribir como,

, y que , siendo l una longitud caracterstica del sistema

lquido respecto de la cual se aumenta su superficie, entonces , es

decir,

Las fuerzas de tensin superficial de un lquido son proporcionales a la longitud

caracterstica respecto a la cual se aumenta su superficie, por ello la tensin superficial

tambin se expresa en N/m.

Tabla (1). Coeficientes de tensin superficial respecto al aire

lquido Agua Agua jabonosa Alcohol etlico Mercurio7,3 3,0 2,2 47

Calculo del coeficiente de tensin superficial:

1 Metodo:

Un sistema formado por un anillo con su plano en posicin horizontal que se sumergeen un liquido. Al pretender extraer el anillo del liquido se nota que es necesario ejerceruna fuerza superior al peso del anillo. Esto se debe a que en el instante de la

separacin se forma una pelcula superficial en el interior y otra en el exterior del anillo.El valor de esta fuerza adicional viene a ser el coeficiente de tensin superficial delliquido ().


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Por lo tanto:

= F / 2L

2 Metodo:

En este mtodo se utiliza un sistema formado por dos tubitos de vidrio atravesados por

un hilo muy delgado y liviano; adems uno de los tubos tiene atravesado un alambre

que posteriormente servir para suspender el sistema. Se sumerge este dispositivo en

una solucin de agua y detergente y luego al retirarlo se observa una pelcula que se

contrae debido a la tensin superficial.

Aplicando las leyes del equilibrio:

Fy = P - 2 (2a) 2TSen = 0

Fx = 2 (2h)2TCos = 0

De donde se demuestra que:

P Cos =4 (cos + hsen) .(esto se demuestra integrando en funcin de yaque este es la q varia)

=P/4(a + h tan)

Es decir:

= P / 2[(h2/a b) + a + b]


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III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS OBTENIDOS

El equipo a emplearse es el siguiente:

Un recipiente de vidrio

Una pipeta sin graduar

Una balanza tipo Mohor Westphal con jinetillos.

Un vasito de plstico

Un anillo

Un dispositivo formado por dos tubitos de hilo y un soporte.

Detergente

Procedimiento para determinar la masa del cuerpo: Con el objeto Q (plomo, bronce

o Tecnopor) suspendido del brazo mayor de la balanza, equilibrar esta mediante el

contrapeso C. Retirar el objeto pero sin tocar el contrapeso y restablecer el equilibrio

colocando adecuadamente los jinetillos y tomar nota de su posicin.

Procedimiento para determinar el empuje: equilibrar la balanza con el peso Q

utilizando solamente el contrapeso C. Colocar bajo Q un recipiente con agua parasumergirlo totalmente y mediante los jinetillos restablecer el equilibrio. Tomar nota de

las nuevas posiciones de los jinetillos.

Procedimiento para determinar la tensin superficial: Suspenda de la balanza el

anillo y el vasito de plstico estableciendo el equilibrio con el compensador C. Llene

agua en el vaso de vidrio y con ayuda de la pipeta grade el nivel del liquido de modo

que estando el anillo en la superficie del agua, se restablezca el equilibrio pero sin

tocar el compensador C. Vierta de la pipeta agua suavemente en el vasito hasta que

se desprenda el anillo del lquido. Retire el agua y restablezca el equilibrio con losjinetillos para calcular la fuerza de tensin superficial.

1. Datos para la determinacin de la MASA

MATERIALES POSICIONES DE LOS JINETILLOSJ1 J2 J3 J4 J5

Plomo 4L 9 LBronce L 9 L

Tecnopor 7 LL


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JINETILLOS

MASA

(gramos)

J1 J2 J3 J4 J5

1 9 9.5 22 22

2. Datos para el EMPUJE o Fuerza de Boyamiento

MATERIALES POSICIONES DE LOS JINETILLOSJ1 J2 J3 J4 J5

Plomo 6L L Bronce 7L 2L

Tecnopor +Bronce

3L L 6L 2L

3. Tensin superficial (las medidas estn en centmetros)

POSICIONESDE LOS

JINETILLOSJ1 6L

J2 2L

J3 J4 J5


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Masa = 4 gramos

detergente = 61.57 dinas/cm


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IV. CALCULOS Y RESULTADOS

DETERMINACION DE LAS MASAS:

1. Determinacin de la Masa del plomo:

De los datos obtenidos y aplicando las leyes del Equilibrio:

MPLOMO .g. 10 L = WC .d y J1 .g. 4 L + J5.g. 9L = WC .d

Por transitividad: MPLOMO .g. 10 L = J1 .g. 4 L + J5.g. 9L

MPLOMO 10 = J1. 4 + J5. 9 = (1g)(4) + (22g)(9)

MPLOMO = 20.2 g

2. Determinacin de la Masa del BRONCE:


MBRONCE .g. 10 L = WC .d y J2 .g. L + J5.g. 9L = WC .d

Por transitividad: MBRONCE .g. 10 L = J2 .g. L + J5.g. 9L

MBRONCE 10 = J2 + J5. 9 = (9)(1) + (22g)(9)

MBRONCE = 20.7 g


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3. Determinacin de la masa de Tecnopor.


MTECNOPOR .g. 10 L = WC .d y J2 .g. L + J1.g. 7L = WC .d

Por transitividad: MTECNOPOR .g. 10 L = J2 .g. L + J1.g. 7L

MTECNOPOR 10 = J2 + J1. 7 = (9)(1) + (1g)(7)

MTECNOPOR = 1.6 g

DETERMINACION DE LAS DENSIDADES DE LOS CUERPOS

Densidad del Plomo:

WPLOMO.10 L = WC .d y WPLOMO. 10 L + J2 .g.L + J1.g. 6L = d . WC+ 10 L . E

De las cuales se obtiene:

J2 .g + J1.g.6 = 10 .E

J2 .g + J1.g.6= 10.L.g.VPLOMO y V PLOMO = M PLOMO/ PLOMO

Plomo = 10. L. m PLOMO / (9 + 6)

plomo = 13.47 g/cm3


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Densidad del Cobre:

WBRONCE.10 L = WC .d y WBRONCE. 10 L + J3 .g.2L + J1.g. 7L = d. WC+ 10 L. E


J3 .g.2L + J1.g. 7L = 10 L .E

J3 .g.2 + J1.g. 7= 10.L.g.VBRONCE y V BRONCE = M BRONCE/ BRONCE

BRONCE = 10. L. m BRONCE / (19 + 7) BRONCE = 7.96 g/cm

3

Densidad del Tecnopor:

A fin de que el Tecnopor quede completamente sumergido en el lquido, se procedi a

colocar el bronce debajo de este.

(WBRONCE + WTECNOPOR) 10 L = WC .d y

(WBRONCE + WTECNOPOR) 10 L + J2 .g.L + J5.g. 2L + J1.g. 3L + J4.g. 6L = d.WC+ 10L. E


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J2 .g.L + J5.g. 2L + J1.g. 3L + J4.g. 6L = 10 LL.g.(VBRONCE + VTECNOPOR)

188= 10.L.(2.6 + VTECNOPOR) y VTECNOPOR = 16.2 cm3

TECNOPOR = 1.6 g / 16.2 cm3

TECNOPOR = 0.099 g/cm3

CALCULO DE LA TENSIN SUPERFICIAL

Segn la ecuacin:

a) Primer mtodo:

AGUA= F / L

AGUA= F / 2 (R + r ), donde:

R = 4.9 cm y r = 4.1 cm

Pero como el grosor del anillo no es tan considerable, solo es suficiente tomar el radio

mayor, luego, una vez restablecido el equilibrio luego de verter agua en el vasito, se

emplearon los siguientes jinetillos:

J2 .g.2L + J1.g. 6L = FTENSION SUP. = (AGUA2 R) 10 L

(0.024 Kg)(9.8m/s2) =AGUA2 (4.9x10-2m) 10

0.1176 N =AGUA (4.9x10-1m)

AGUA= 0.076 N/m

Entonces:

AGUA= 0.076 N/m

Procedemos a calcular el error porcentual respecto al valor terico de la tensin

superficial del agua, el cual es 0.073 N/m

% error porcentual = (0.076 - 0.073) x 100% / 0.073= 4.1%


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b) Segundo mtodo

Para ello nos valemos de la ecuacin:

c) *

+ -1

Debido a los datos obtenidos:

2a 6cm2b 5.4cm2h 5.6cmm 4 g

Realizamos el clculo de la tensin superficial del detergente:

* (

)

+-1Entonces la tensin superficial del agua con detergente es:

= 61.57 dinas/cm

= 0.06157 N / m


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V. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

OBSERVACIONES

Observamos que se puede calcular las densidades de los cuerpos, sin necesidad de conocer

las masas de los jinetillos, sino solamente la relacin de masas que existe entre ellas

Un cuerpo de mayor densidad que el agua, se hunde en ella, mientras que un cuerpo de

menor densidad como el tecnopor flota sobre ella. Razn por la cual fue necesario sumergir

el tecnopor enganchando una masa de bronce debajo de este.

La balanza Morh Westphal es una balanza muy til que permite determinar la masa, la

densidad de cuerpos con gran rapidez y bastante precisin. Esto se comprob al pesar loscuerpos (plomo, bronce y tecnopor) en una balanza analtica (21 , 20 y 1.5 gramos

respectivamente) y observamos que la diferencia es mnima comparando con los valores

obtenidos de la balanza de Morh Westphal (20.2 ; 20.7 y 1.6 gramos)

CONCLUSIONES:

Conocemos dos formas de calcular la tensin superficial de un lquido,

mediante la primera calculamos el valor de la tensin superficial del agua con

poco error, por lo que vemos que esta tcnica es factible para la determinacin

del agua. Mediante el segundo mtodo calculamos la tensin superficial del

agua con detergente, la tensin superficial disminuyo al agregar detergente y

este valor depende la cantidad de detergente que se ha agregado al agua.

Debido a la tensin superficial ciertos insectos pueden andar por el agua,

debiendo ser su peso menor al de ruptura de la capa.

Cada lquido tiene diferente tensin superficial debido a las fuerzas

intermoleculares que existen en la interfase de cada lquido.

Al agregar detergente (agente tenso activo), el agua cambia su tensin superficial


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V.- BIBLIOGRAFIA:

Textos consultados

MARCELO ALONSO- EDWARD FINN , FISICA (Mecnica tomo 1), EditorialFondo educativo Interamericano, ao 1976 , Pg. : 360 389.

JHON P. MC. KELVEY HOWARD GROTCH, Fsica para Ciencias eIngeniera 1. Editorial Harper & Row, Publishers, Inc. 1968. Pg: 350 379.

.

DAVID HALLIDAY ROBERT RESNICK- KENNETH CRANE Fsica parte I.Editorial CECSA. 1994.

JHON P. MC. KELVEY HOWARD GROTCH, Fsica para Ciencias eIngeniera 1. Editorial Harper & Row, Publishers, Inc. 1968. Pg:289-299

Pginas Web

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumental_para_determinar_densidad

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm http://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/Practicas_farmacia/09_Tension_sup

erficial.pdf
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