TENSION SUPERFICIAL
UNIVERSIDAD NACIONALMAYOR DE SAN MARCOS
LABORATORIO DE FÍSICA II
PRÁCTICA N°5
TENSION SUPERFICIAL
PROFESOR: Martin Calvo Chía
HORARIO: Sábado 10:00 a.m. – 12:00 p.m.
INTEGRANTES: Paniagua Trujillo, Cindy Milagros 14170211 Pacahuala Aguirre, Cristhian 14170135 Peralta Gutierrez, Nayda 14070036 Saldaña Huamán, Nelly 14070053 Torres Rimey, María Julia 14070158
Fecha de entrega: 17/10/15
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TENSION SUPERFICIAL
TABLA DE CONTENIDO
Contenido
OBJETIVOS................................................................................................................................3
MATERIALES / EQUIPOS.......................................................................................................4
FUNDAMENTO TEÓRICO......................................................................................................5
.....................................................................................................................................................5
.....................................................................................................................................................5
MÉTODO DE RAYLEIGH............................................................................................6
EQUIPO AUTOMATIZADO.........................................................................................8
MONTAJE 1 – METODO DE RAYLEIGH..........................................................................9
EVALUACIÓN..........................................................................................................................14
CONCLUSIONES....................................................................................................................18
RECOMENDACIONES...........................................................................................................19
BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................20
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OBJETIVOS
Determinar el coeficiente de tensión superficial de los líquidos, utilizando
el método de Rayleigh (clásico) y mediante el uso de un equipo
automatizado (Cobra 3 Basic-Unit).
Comparar la tensión superficial en diferentes temperaturas
MATERIALES / EQUIPOS
METODO RAYLEIGH (CLASICO)
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1 Soporte universal
1 Bureta, medir diámetro externo
2 vasos de precipitado
1 Clamp
1 Termómetro
1 Tripode con rejilla
1 Mechero bunsen
Líquidos: agua, alcohol y
ron
FUNDAMENTO TEÓRICO
En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de
energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 Esta
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definición implica que el líquido 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
tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en
los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las
superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a
la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la
superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.
Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa
tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie
libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.
Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido son las
responsables del fenómeno conocido como tensión superficial.
MÉTODO DE RAYLEIGH Las fuerzas moleculares que rodean una molécula en el interior de un
líquido actúan sobre ella desde todos lados;
ejerciéndose una presión isotrópica. La fuerza
resultante que actua sobre una molecula
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localizada en la capa superficial no es cero, debido a que la resultante
esta dirigida hacia el interior del liquido, como se ilustra en la Figura 1
interior del líquido Método de Rayleigh.
Del análisis de la dinámica presente en la formación de una gota que
se desprende de un tubo cilíndrico de radio R, para un líquido que
tiene un coeficiente de tensión superficial ; se observa que mientras
la gota no se desprenda, tomara una forma tal que la componente
vertical de la fuerza de tensión superficial se equilibra con su peso; la
componente vertical de la fuerza de tensión superficial alcanzara su
valor máximo en el instante justo antes de que la gota se desprenda,
en el momento que se desprende se cumple a la siguiente relación,
mg=2πRα (1)
α= 12π (mgR ) (2)
Donde: m es la masa de la gota,
R es el radio externo de la punta de la bureta, y
es el coeficiente de tensión superficial de líquido.
Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma
esférica.
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A partir de la ecuación (1) se podría determinar , pero como ahí no se
ha tenido en cuenta el trabajo de deformación cilindro-esfera, el valor
que se obtuviera no sería exacto Rayleigh retoco esta expresión, y
encontró un modo empírico para determinar . Rectifico las constantes y
llego a la ecuación.
α= 519 (mgR ) (3)
Considerando un líquido de volumen V, de densidad ρ, y que en él hay un número N de gotas, la masa de cada gota será,
m=( ρVN ) (4)
Por lo tanto se encuentra que,
α= 519 ( ρVN )( gR ) (5)
De la ecuación 5 se obtiene el coeficiente de tensión superficial.
EQUIPO AUTOMATIZADO
Para incrementar el área de la superficie en un líquido en un A, se
debe realizar un trabajo E.
ε=E/ A (6)
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Donde ε es la energía superficial específica y es idéntica con la tensión
superficial:
α=( F2 l ) (7)
Donde la fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del
aro a fin de mantener la película líquida. Cuando usamos un aro de
medición de radio r, la longitud del borde es: l=2r
PARTE EXPERIMENTAL
MONTAJE 1 – METODO DE RAYLEIGH
PASO 1:
Montamos el siguiente equipo para realizar el experimento.
Vertemos en la bureta el líquido cuya tensión superficial se desea
determinar.
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PASO 2:
- Medimos la temperatura del líquido en el interior de la bureta.
- El termómetro indico que la temperatura fue de T = 24 °C
PASO 3:
- Tomamos dos puntos como niveles de referencia:- Se tomó como puntos de referencia A= 20 ml y B = 21 ml , que es lo
que indica la bureta.
PASO 4:
- Abrimos con cuidado la llave de la bureta.
- Comenzamos a contar el número de gotas de la porción de líquido
entre los niveles de referencia A y B.
PASO 5:
- Luego de contar el número de gotas, pesar el líquido con las gotas
contadas y medir su masa, restándola con el del vaso vacío.
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BA
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- Se obtiene la masa del total de gotas.
masaL=masavaso lleno−masavaso vacio
- Realizar el procedimiento no menos de cinco veces.
- El número de gotas se colocó en la tabla 1
PASO 6:
- Repetimos los pasos anteriores para los distintos líquidos (alcohol/ron, mezcla con agua)
Se obtuvo la siguiente tabla:
A temperatura ambiente: T=24 °C
LIQUIDOH2O Alcohol Ron
ρ(g/ml)
V(ml)
N(#
gotas)
Ρ(g/ml)
V(ml)
N(#
gotas)
ρ(g/ml)
V(ml)
N(#
gotas)
1 0.91 1 18 1.2 1 59 0.9 1 48
2 0.93 1 17 1.13 1 57 0.9 1 46
3 0.91 1 19 1.25 1 60 0.89 1 49
4 0.92 1 17 1.12 1 58 0.92 1 47
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5 0.93 1 18 1.13 1 59 0.91 1 48
Promedio 0.92 1 17.8 1.166 1 58.6 0.904 1 47.6
Error total 19.946 x10−5 13.426 x10−5 11.226 x 10−5
(dina/cm)
13.3429923±19.946 x 10−5 5.13672535±13.426 x 10−5 4.90283061±11.226 x 10−5
TABLA N° 1
Para obtener el coeficiente de tensión superficial se utilizó la formula
α= 519 ( ρVN )( gR )
Con el agua:
α= 519 ( ρVN )( gR )
Se reemplaza los datos promedios y se tiene:
α= 519 ( 0.92x 117.8 )( 9.810.01 )
Se obtuvo para el agua:
α=13.3429923
Con el alcohol:
α= 519 ( ρVN )( gR )
Se reemplaza los datos promedios y se tiene:
α= 519 (1.166 x 158.6 )( 9.810.01 )
Se obtuvo para el agua:
α=5.13672535
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Con el agua:
α= 519 ( ρVN )( gR )
Se reemplaza los datos promedios y se tiene:
α= 519 ( 0.904 x147.6 )( 9.810.01 )
Se obtuvo para el agua:
α=4.90283061
También se calcularon los errores y se anotaron en la tabla.
PASO 7:
- Se realizó los pasos anteriores para una temperatura de 50°C
- Para ello colocamos alcohol en un vaso de precipitado y lo calentamos en baño María hasta la temperatura indicada
Tabla N° 2
En baño María: T= 50°C
LIQUIDOAlcohol
ρ(g/ml)
V(ml)
N(# gotas)
1 0.8 1 48
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2 0.82 1 49
3 0.81 1 50
4 0.83 1 48
5 0.85 1 49
Promedio 0.822 1 48.8
Error total 11.421 x10−5
(dina/cm) 4.348479±11.421 x10−5
Ahora utilizamos la formula
α= 519 ( ρVN )( gR )
Para hallar el coeficiente de tensión superficial a dicha temperatura:
Con el alcohol
α= 519 ( ρVN )( gR )
Se reemplaza los datos promedios y se tiene:
α= 519 ( 0.822x 148.8 )( 9.810.01 )
Se obtuvo para el agua:
α=4.348479
EVALUACIÓN
1. Para el equipo automatizado, determine el coeficiente de tensión superficial utilizando la ecuación 7. Con su error correspondiente. Recuerde que la longitud del aro debe estar en metros.
Utilizando la fórmula:
α=( F2 l ) (7)
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Donde F es la fuerza tensora y l es la longitud del aro.La longitud del aro es:
l=2 rπ=1x π=0.00314m
Se obtuvieron 5 promedios para la fuerza tensora: F1= 0.007414 N
α 1=( 0.0074142(0.00314))=1.1805N /m
F2= 0.00794 N
α 2=( 0.007942(0.00314))=1.2643N /m
F3=0.008309 N
α 3=( 0.0083092(0.00314))=1.3230N /m
F4=0.008491 N
α 4=( 0.0084912(0.00314) )=1.352N /m
F5=0.008025 N
α 5=( 0.0080252(0.00314))=1.2778N /m
La fuerza tensora promedio total seria:F = 0.008036 ± 5.502x10-4
El coeficiente de fuerza tensorial total es:
α=( 0.0080362 (0.00314))=1.2796N /m
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2. Calcule el error porcentual y evalué si este se encuentra en el valor estimado en el error total
El error porcentual se obtiene de restar el promedio de los coeficientes obtenidos para cada promedio de fuerza y el obtenido para el total.
α promedio=α1+α 2+α3+α4+α5
5=1.27952
El error porcentual seria:
Error=1.2796−1.279521.2796
x100%=6.251 x10−3
Dicho valor si está incluido en el error total.
3. De cinco ejemplos de aplicación práctica del fenómeno de tensión superficial: En los campos de: ciencia, tecnología y en el hogar.
El poder de jabón para limpiar.
Formación de espumas.
Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua.
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La capilaridad, el fenómeno que permite a las plantas llevar
el agua desde las raíces hasta la parte más alta del tallo.
La forma esférica de las gotas.
4. El diámetro exterior e interior del aro son: 20,00 mm y 19,0 mm. Halle la longitud sobre la cual la superficie tensora del líquido hace su acción.
Como se tiene el diámetro exterior 20 mm y el interior 19 mm, el lugar donde la superficie tensora hace su acción tiene como diámetro 1mm.
Entonces:d=1mm=2 r
Donde r es el radio.
Se sabe que la longitud (l) donde se hace la fuerza tensora es:
l=2 rπ=1x π=3.14mm
l=0.00314m
5. Compare los resultados de ambos métodos. ¿Cuál es su opinión al respecto?
El método de la Rayleigh usado en la presente experiencia es
un método netamente científico en el cual se hacen
variedades de cálculos para determinar la tensión superficial.
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El método AUTOMATIZADO es un método en el cual se
puede resolver el mismo pero con una mayor facilidad puesto
que es un SOTFWARE el cual tiene la función de hallar la
tensión superficial en cuestión de minutos.
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CONCLUSIONES
En el experimento realizado acerca de TENSION SUPERFICIAL se
pudo reconocer la relación que hay entre cada liquido de acuerdo a sus
propiedades, es decir cada liquido responde de diferente manera en
cuanto a su viscosidad y su tensión superficial; además de esto pudimos
ver que cuando se aumenta la temperatura a un líquido este tiende a
fluir de una manera más rápida.
Se pudo observar que la tensión superficial es una propiedad de los
líquidos por lo cual estos pueden pasar por los orificios de un sólido en
forma similar a la presión con la diferencia que la fuerza que ejerce hacia
adentro y tiende a encoger su superficie
Se pudo demostrar que el fenómeno de tensión superficial esté presente
en nuestra vida cotidiana, esta explica muchos fenómenos
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RECOMENDACIONES
Antes de comenzar con la experiencia primero se debe de verificar
que la bureta esté limpia y seca antes de ingresar cualquier líquido
para que los cálculos sean más exactos
En todo momento utilizar con mucho cuidado el vernier para medir el
radio de la bureta ya que lo podemos romper
A la hora de utilizar el mechero, prenderlo con para calentar los
líquidos.
Asegurarse de haber apagado la válvula de gas antes de retirarse del
laboratorio
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BIBLIOGRAFÍA
Física para Ciencias e Ingeniería. Autor: Giancoli Editorial:
Pearson Vol 1.
Física para Ciencias e Ingeniería. Autor: Raymond Serway Vol 1
Septima edición.
Laboratorio N°1 Física 1, Mediciones, 2013
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