UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA

FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA

TEMA: TENSION SUPERFICIAL

(EXPERIENCIA 3)

CURSO: LABORATORIO DE FISICA II

PROFESOR: MIGUEL CASTILLO

INTEGRANTES:

NOMBRES CODIGOCAHUIN MEDINA JOSEPH 10190059

HUAPAYA CHUMPITAZ PABLO 10190074PEREZ NICHO CESAR 10190254

MEZA CARBAJAL DAVID 10070205MONTALVO HIROYASU LUIS 10190226

2011

TENSION SUPERFICIAL

EXPERIMENTO N°3

I. OBJETIVO

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)

II. EQUIPOS / 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, de diámetro promedio 19.5mm.

1 PC con Windows XP/Windows 98

1 Cobra3 Basic-Unit 1 Cubeta Preti, d=20cm

1 Fuente de poder de 12V/2A 1 Paño

1 Software Cobra3 Force/Tesla 1 Probeta de 100ml

1 Modulo de medición de Newton 1 Accesorios de conexión

1 Sensor Newton 1 Plataforma de elevación

vertical

1 Tripode Base 1 Cronometro

1 Varilla de 25cm 1 Clamp

III. FUNDAMENTO TEORICO

Las fuerzas moleculares que rodean una molécula

en el interior de un liquido actúan sobre ella desde

todos lados; ejerciéndose una presión isotrópica.

La fuerza resultante que actua sobre una molecula

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 liquido

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 liquido 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,

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 liquido.

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

esférica.

Apartir 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 seria exacto. Rayleigh retoco esta expresión, y encontró un modo

empirico para determinara . Rectifico las constantes y llego a la ecuación.

(1)

(2)

Considerando un liquido de volumen V, de densidad , y que en el hay un

numero N de gotas, la masa de cada gota será,

Por lo tanto se encuentra que,

Equipo automatizado

Para incrementar el area de la superficie en un liquido en un , se debe

realizar un trabajo .

Donde , es la energía superficial especifica y es idéntica con la tensión

superficial:

La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de

mantener la película liquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la

longitud del borde es l =

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

IV. EXPERIMENTO

MONTAJE 1 – Método de Ravleigh

Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la figura 3.

Nota 1: Diámetro externo de la boquilla de la bureta=1mm.

Nota 2: Para asegurar su buen funcionamiento, la bureta debe estar limpia.

Enuncie. ¿Qué entiende por tensión superficial?

Es la cantidad de energía necesaria para que un líquido aumente su superficie por unidad de área, lo cual implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.11

PROCEDIMIENTO

1. Vierta en la bureta el líquido, cuya tensión superficial desea determinar. Sugerencia:Utilice 1,2 o 3 ml de líquido.

2. Mida la temperatura del líquido del interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la tabla 1.¿Qué sentido tiene medir esta temperatura?

3. Use el vaso de precipitados como depósito de descarga del líquido de la bureta.4. Tome dos puntos A y B como niveles de referencia.5. Cuente el número de gotas de la porción de líquido entre los niveles de

referencia.Repita este procedimiento no menos de 5 veces. Cada vez anote en la Tabla 1 el número de gotas para el volumen escogido.¿Para qué se cuenta el número de gotas?

Ya que el conteo de las gotas a una velocidad de flujo constante y adecuada es la clave para un buen resultado.

6. Repita los pasos del 1 al 5 para otros líquidos(alcohol/ ron, mezcla con agua)7. Nuevamente, repita los pasos anteriores para T=50ºC y anote sus

observaciones en la Tabla 2.

MONTAJE 2.- Equipo automatizado.

Familiarícese con el equipo sensor de la unidad básica (Cobra 3) y monte el deseño experimental de la figura 4.

PROCEDIMIENTO

1. Vierta líquido en la cubeta Petric hasta la mitad.

2. Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No sumerja aún el anillo en el líquido.

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

4. Con asistencia del profesor calibre el sensor .

5. Use los parámetros de fuerza según lo establecido en la figura5.

6. Para la medida dde la tensión F (N) se procederá de la siguiente manera:

a. Tenga cuidado de no producir el menor movimiento de la mesa de trabajo, ya que el sistema es altamente sensible.

b. Inicie la medición en software menú.

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

d. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10s.

e. Al término de los 10 s suba cuidadosamente la cubeta Petric con la ayuda de la plataforma de elevación vertical.

f. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces.g. Detenga la medición.

7. Haga una gráfica fuerza versus tiempo y seleccione los datos correspondientes a la zona de máxima tensión (meseta de la curva) Seleccione los tres mejores resultados que observe en la gráfica y obtenga la fuerza promedio.

8. Con ayuda de una hoja de cálculo obtenga el valor promedio de la fuerza correspondiente a cada zona de máxima tensión.

9. Determine la tensión superficial utilizando la ecuación 7. Recuerde que la

longitud del aro debe estar en metros.

V. DATOS Y RESULTADOS

LIQUIDO

H2O Alcohol Ron / Mezcla α H2o (dina/cm)

α Alcohol (dina/cm)

σ V N σ V N σ V N

1 1 2 50 0.816 1 55 1 55 10.30 3.82

2 1 2 47 0.816 1 60 1 52 10.96 3.50

3 1 2 46 0.816 1 50 1 56 11.20 4.20

4 1 2 45 0.816 1 51 1 53 11.45 4.12

5 1 2 44 0.816 1 52 1 54 11.71 4.12

Prom. 1 2 46.4 0.816 1 53.6 1 54 11.12 3.95

TABLA 2

En Baño maria T= 50 CO

LIQUIDO

Agua α H2o (dina/cm)

σ V N

1 1 2 39 13.21

2 1 2 46 11.20

3 1 2 41 12.56

4 1 2 45 11.45

5 1 2 43 11.98

Prom. 1 2 42.8 12.08

FORMULA:

=((5/19)*( *V*g))/Nα σ

CALCULANDO Hα 2o (dina/cm)

Hα 2o 1 =((5/19)*(1*2*9.79)/50)*100 = 10.30 dina/cm

Hα 2o 2 =((5/19)*(1*2*9.79)/47)*100 = 10.96 dina/cm

Hα 2o 3 =((5/19)*(1*2*9.79)/46)*100 = 11.20 dina/cm

Hα 2o 4 =((5/19)*(1*2*9.79)/45)*100 = 11.45 dina/cm

Hα 2o 5 =((5/19)*(1*2*9.79)/44)*100 = 11.71 dina/cm

CALCULANDO Alcohol (dina/cm)α

Alcohol 1 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/55)*100 = 3.82 α dina/cm

Alcohol 2 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/60)*100 = 3.50 α dina/cm

Alcohol 3 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/50)*100 = 4.2 α dina/cm

Alcohol 4 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/51)*100 = 4.12 α dina/cm

Alcohol 5 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/52)*100 = 4.12α dina/cm

CALCULANDO Ron/Mezcla (dina/cm)α

Ron/mezcla 1 =((5/19)*( densidad (g/cmα 3))*1*9.79)/55)*100 = x dina/cm

Ron/mezcla 2 =((5/19)*( densidad (g/cmα 3)*1*9.79)/52)*100 = x dina/cm

Ron/mezcla 3 =((5/19)*( densidad (g/cmα 3)*1*9.79)/56)*100 = x dina/cm

Ron/mezcla 4 =((5/19)*( densidad (g/cmα 3)*1*9.79)/53)*100 = x dina/cm

Ron/mezcla 5 =((5/19)*( densidad (g/cmα 3)*1*9.79)/54)*100 = x dina/cm

CALCULANDO Hα 2o Caliente (dina/cm)

Hα 2o 1 =((5/19)*(1*2*9.79)/39)*100 = 13.21 dina/cm

Hα 2o 2 =((5/19)*(1*2*9.79)/46)*100 = 11.2 dina/cm

Hα 2o 3 =((5/19)*(1*2*9.79)/41)*100 = 12.56 dina/cm

Hα 2o 4 =((5/19)*(1*2*9.79)/45)*100 = 11.45 dina/cm

Hα 2o 5 =((5/19)*(1*2*9.79)/43)*100 = 11.98 dina/cm

EVALUACION

1.- ¿Influye la tensión superficial en los fenómenos capilares?

La tensión superficial si influye en la capilaridad, es decir, la elevación o descenso de un

líquido en un tubo capilar son productos por la tensión superficial, dependiendo de las

magnitudes relativas de la cohesión del líquido y la adherencia del líquido a las paredes del

tubo. Los líquidos se elevan en un tubo que mojan (adherencia > cohesión) y descienden en

los tubos que no mojan (adherencia < cohesión)

2.- ¿La tensión superficial depende de la temperatura?

La tensión superficial de los líquidos disminuye con la elevación de la temperatura. La mayor

agitación de las moléculas a temperaturas altas, baja la resultante de la fuerza de atracción de

estas, y la de las fuerzas que jalan las moléculas hacia el interior del líquido. Para la mayor

parte de la variación de la temperatura, la relación entre la tensión superficial y la

temperatura inversamente proporcional.

3.- ¿Cuándo el coeficiente de tensión superficial para el agua será =0?α

Para un líquido dado, digamos en este caso el agua, el valor de disminuye con laα

temperatura, debido al aumento de la agitación térmica, lo que redunda en una menor

intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tiende a cero conforme laα

temperatura se aproxima a la temperatura critica del compuesto (Tc agua =400,85 C o). En este

punto, el líquido es indistinguible del vapor, formándose una fase continua donde no existe

una superficie definida entre ambos.

4.- Determine si el coeficiente de tensión superficial, depende de la densidad.

La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la

temperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión

disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio atractivas sobre las

moléculas situadas en la superficie del liquido, contrarrestando las acciones de las moléculas

del liquido.

5.- Determine si el coeficiente de tensión superficial y la viscosidad se relación.

Por definición de tensión superficial sabemos que es una cantidad física escalar, que mide el

trabajo que se realiza al llevar moléculas del interior del líquido a la superficie de este.

Por otro lado la viscosidad se entiende como rozamiento interno que presenta el fluido.

De aquí podemos deducir que ambas magnitudes físicas se relación en forma directa, pues, al

poseer el fluido mayor viscosidad (rozamiento interno), el trabajo que se realice para llevar

una molécula dese el interior hasta la superficie del liquido (tensión superficial) será mayor,

debido a este rozamiento. Podemos, entonces, afirmar que ambas magnitudes están

relacionadas entre sí.

6.- De 5 ejemplos de aplicación del fenómeno de tensión superficial. En los campos de

la ciencia, tecnología y el hogar.

El poder de jabón para limpiar.

Formación de espumas.

Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua.

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.

8.- Si la altura del aro es 3.07mm . Sobre que área de superficie se fija la superficie

tensora del liquido, a que fuerzas atribuye esta unión

Para incrementar el area de la superficie en un liquido en un , se debe

realizar un trabajo . (6)

Donde , es la energía superficial especifica y es idéntica con la tensión

superficial:

La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de

mantener la película liquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la

longitud del borde es l =

Done L = 3.07 mm =0.00307

9.-Compare los resultados de ambos métodos .¿ Cúal 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. El método

AUTOMATIZADO es un método en el cual se puede resolver los 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.

10 .- En la formula para el coeficiente de tensión superficial, ¿Por qué se considera F/2L

y no F/L?

Se sabe que a energía de las moléculas del interior del liquido es diferente de la energía de las

moléculas de la superficie, pues estas ultimas solo están ligadas a otras moléculas del propio

liquido por un lado de la superficie divisoria (de los dos medios), y la que tendrían de hallarse

estas moléculas en el interior de sus respectivos fluidos. Esta energía superficial es por tanto

proporcional al área de la superficie divisoria.

Ahora el análisis par nuestro anillo:

(7)

La tensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie dividida por la

longitud del borde de esa superficie, no es fuerza dividida por el área de la superficie, sino

dividida por la longitud del perímetro de esa superficie de manera:

Donde F es la fuerza que debe hacerse para sujetar una superficie de ancho L. El factor 2 en la

ecuación se debe a que la superficie tiene 2 áreas (una por cada lado de la superficie), por lo

que la tensión superficialmente actúa doblemente. Para ello, si el anillo tiene radio R, la

longitud del borde será:

Entonces la tensión superficial será:

VI. 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

liquido este tiende a fluir de una manera mas 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 este presente en nuestra

vida cotidiana, esta explica muchos fenómenos

VII. 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