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EXPERIENCIA N°7- TENSIÓN SUPERFICIAL 03 de Junio del 2015

Índice

1) Resumen..................................................................................................2

2) Marco Teórico..........................................................................................3

3) Procedimiento experimental....................................................................5

4) Análisis de resultados...............................................................................8

5) Conclusiones y Observaciones.................................................................9

6) Bibliografía...............................................................................................10

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Resumen

En el presente experimento trabajaremos con la tensión superficial, la cual es importante en condiciones de ingravidez; en los vuelos espaciales, los líquidos no pueden guardarse en recipientes abiertos porque ascienden por las paredes de los recipientes.También es muy importante particularmente en los procesos industriales. Es capital, pues, de saber si su material es apto para la impresión o para el encolado.Se Puede usar para crear productos impermeables basándose en su principio.Se usa mucho para crear productos químicos que sean capaces de penetrar en las fibras de los tejidos para arrancar la suciedad. Estos productos bajan la tensión superficial y permiten que el agua moje mejor los espacios minúsculos entre las fibras.

La tensión superficial (ϒ) es la condición existente en la superficie libre de un líquido, semejante a las propiedades de una membrana elástica bajo tensión. La tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atracción no compensada hacia el interior del líquido sobre las moléculas individuales de la superficie. A medida que aumenta la temperatura y se hace cero a temperatura crítica se puede calcular según la ecuación: ϒ (M/p)2/3=K(Tc –T –6).

En la presente experiencia, el cálculo del error porcentual de la tensión superficial del metanol a 20 fue de 13,9. A parte del error hallado, se compara la constante de Eotvos con la pendiente℃ calculada del gráfico, evaluando su cercanía o alejamiento. En este caso, el porcentaje de error hallado fue de 42,5.

Se demostró la relación estrecha que existe entre la energía superficial libre molar y la diferencia de temperatura crítica con la temperatura de trabajo, ya que a mayor diferencia de temperaturas, la energía será mucho mayor.

Para evitar cualquier tipo de interferencia durante la experiencia se debe verificar el estado en el que se encuentran los materiales, que no presenten ningún tipo de daño para su correcto funcionamiento y si esto sucede, laborar con otro material de mayor seguridad.

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Marco Teórico

TENSIÓN SUPERFICIAL

¿Qué es la tensión superficial?

La tensión superficial de un líquido es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido presenta una resistencia para aumentar su superficie. Es por esto, que se genera una especie de membrana a tensión en la capa exterior del líquido.

Lo que ocurre es lo siguiente: En un fluido cada molécula interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas.

¿Por qué se produce este fenómeno?

Lo que ocurre es lo siguiente: En un fluido cada molécula interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas.

Método de Rayleigh:Del análisis de la dinámica presente en la forma de una gota que se desprende de un tubo de cilíndrico de radio R, para un líquido que tiene un coeficiente de tensión superficial α; se observa que mientras la gota no se desprenda, tomara unan forma tal que 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 la siguiente condición:

mg=2πRα

α= (1/2π)*(mg/R) Dónde:

m es la masa de la gota. R es el radio externo de la punta de la bureta Α es coeficiente de tensión superficial del líquido.

Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma esférica.

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A partir de la primera ecuación se podría determinar α, 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 α. Rectifico la constante y llego a la ecuación.

α= (5/19)*(mg/R)Considerando un líquido de volumen V, de densidad ρ, y que ene laya un número de N gotas, la masa de cada gota será:

m= (ρ*V)/NPor lo tanto se encuentra que:

α= (5/19)*(ρ*V/N)*(g/R)

Equipo automatizadosPara incrementar el area de superficie de un líquido en un ΔA, se debe realizar un trabajo ΔE.

Ɛ=ΔE/ΔADonde Ɛ es la energía superficial de la superficie esférica y es idéntica con la tensión superficial:

γ=F/2ILa fuerza actúa tangencialmente e borde de la longitud l del área fin de mantener la película liquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la longitud del borde es l=2πr.

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Procedimiento Experimental

a) Materiales

Método Rayleigh (Clásico)

1 Soporte universal 1 Clamp 1 Bureta medir diámetro externo 1 Termómetro 1 Vaso de precipitados Líquidos: agua, alcohol, ron

Equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit)

1 Aro de medida de tensión superficial 1 Varilla de 25 cm de diámetro promedio 19.5 mm. 1 Clamp 1 PC con Windows XP/Windows 98. 1 Plataforma de elevación vertical 1 Cobra3 Basic-Unit 1 Cubeta Petri, d= 20cm 1 Fuente de poder de 12 V/2A 1 Paño 1 Software Cobra3 Force/Tesla 1 Probeta de 100 ml 1 Módulo de medición de Newton 1 Accesorios de conexión 1 Sensor Newton 1 Trípode Base 1 Cronómetro

b) Procedimiento

MONTAJE 1: MÉTODO DE RAYLEIGH

o Montamos el equipo y vertimos en la bureta el líquido, cuya tensión superficial desea determinar.

o Medimos la temperatura del líquido del interior de la bureta y anotamos el valor correspondiente

o Usamos el vaso de precipitados como depósito de descarga del líquido de la bureta.

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o Tomamos dos puntos A y B como niveles de referencia y contamos el número de gotas de la porción de líquido entre los niveles de referencia.

o Repetimos este procedimiento no menos de 5 veces. o Anotamos en la Tabla 1 el número de gotas para el volumen escogido. o Repetimos los pasos del 1 al 5 para otros líquidos (alcohol / ron, mezcla con agua)

A temperatura ambiente:

LíquidoH 2O Marque: Ron/ Mezcla

ρ (g/cm3 )

V(ml)

N(# gotas)

ρ (g/cm3 )

V (ml)

N(# gotas)

1 1 2 47 1.48 1 242 1 2 46 1.49 1 233 1 2 48 1.47 1 234 1 2 47 1.48 1 225 1 2 47 1.48 1 23

Promedio 1 2 47 1.48 1 23

Error total

α(dina/cm) 69 109.87

m=( ρ∗V )N

α=( 519 )∗( ρ∗VN

)∗( gR

)

-Líquido: H 2O Hallamos m1:

m=(1 gml

∗2ml)

47=0.04

Hallamos α1:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=69

Hallamos m2:

m=(1 gml

∗2ml)

46=0.04

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Hallamos α2:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=69

Hallamos m3:

m=(1 gml

∗2ml)

48=0.04

Hallamos α3:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=69 Hallamos m4:

m=(1 gml

∗2ml)

47=0.04

Hallamos α4:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=69 Hallamos m5:

m=(1 gml

∗2ml)

47=0.04

Hallamos α5:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=69

-Líquido: Mezcla

Hallamos m1:

m=(1.48 g

ml∗1ml )

24=0.064

Hallamos α1:

α=( 5 g19ml )∗0.064∗( 9.78

0.15∗10−2 )=109.87

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Hallamos m2:

m=(1.49 g

ml∗1ml)

23=0.064

Hallamos α2:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=109.87

Hallamos m3:

m=(1.47 g

ml∗2ml)

23=0.064

Hallamos α3:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=109.87 Hallamos m4:

m=(1.48 g

ml∗2ml)

22=0.064

Hallamos α4:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=109.87 Hallamos m5:

m=(1.48 g

ml∗2ml)

23=0.064

Hallamos α5:

α=( 5 g19ml )∗0.04∗( 9.78

0.15∗10−2 )=109.87

MONTAJE 2 – Método del anillo

Vertimos el líquido en la cubeta cilíndrica hasta la mitad. Luego suspendemos el aro del gancho del sensor Newton. No sumerja aún el anillo en el

líquido.

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Utilizando la plataforma de elevación vertical, girando la manija negra, sumerja lentamente el aro hasta que esté completamente cubierto por el líquido de estudio.

Evitamos cualquier movimiento en la mesa de trabajo, ya que el sistema es altamente sensible.

Se inicia la medición en software menú.

Con la ayuda de la plataforma de elevación vertical, descienda cuidadosamente la cubeta Petri hasta que observe que la película de interface del líquido esté tensionada hasta el límite.

Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 s. Al término de los 10s suba cuidadosamente la cubeta cilíndrica con la ayuda de la

plataforma de elevación. Detenga la medición.

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Análisis de Resultados

En la presente experiencia, el cálculo del error porcentual de la tensión superficial del metanol a 20℃ fue de 13,9.A parte del error hallado, se compara la constante de Eotvos con la pendiente calculada del gráfico, evaluando su cercanía o alejamiento. En este caso, el porcentaje de error hallado fue de 42,5.

Evaluando las posibles causas del error durante el experimento, se puede indicar que:

El deterioro de los materiales, debido a los constantes usos durante las prácticas que se laboran en todos los horarios puede influir en la obtención de los datos experimentales.

La mala instalación del sistema antes de realizar el experimento como no asegurar debidamente los materiales y colocarlos en la posición adecuada.

El ángulo de visión del experimentor al momento de observar la variación de la altura pudo no haber sido el más preciso, indicando de esta manera un desplazamiento del capilar que quizás no le pertenecía.

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Conclusiones y Observaciones

Se logró determinar y estudiar la tensión superficial de los líquidos, respecto a la variación de la temperatura.

Se demostró la relación estrecha que existe entre la energía superficial libre molar y la diferencia de temperatura crítica con la temperatura de trabajo, ya que a mayor diferencia de temperaturas, la energía será mucho mayor.

Se comprobó que un aumento de temperatura rompe las fuerzas atractivas que existen dentro del líquido, provocando la disminución de la tensión superficial.

Para evitar cualquier tipo de interferencia durante la experiencia se debe verificar el estado en el que se encuentran los materiales, que no presenten ningún tipo de daño para su correcto funcionamiento y si esto sucede, laborar con otro material de mayor seguridad.

Verificar y observar de manera precisa el desplazamiento del capilar, anotando de esta manera datos seguros y confiables.

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Bibliografía

http://www.unpa.edu.mx/~aramirez/tension

http://es.wikipedia.org/wiki/Esta%C3%B1oManual de Laboratorio de Física General – Departamento Académico de Física (UNMSM)

Serway R y Jewet, J. Física Vol. 2, tercera edición. México, Editorial Thompson, 2004.

J. Gómez F, Física

http://www.unpa.edu.mx/~aramirez/tension

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