fii 05 trabajo comunitario

LABORATORIO DE FÍSICA II 10ª Edición DAFI – FCF – UNMSM

1EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL

Dado que las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de agua se deben a los enlaces de hidrógeno y éstos representan una alta energía, la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos otros líquidos.

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 Clamp1 Bureta, medir diámetro externo 1 Termómetro1 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= 20cm1 Fuente de poder de 12 V/2A 1 Paño1 Software Cobra3 Force/Tesla 1 Probeta de 100 ml1 Módulo de medición de Newton 1 Accesorios de conexión 1 Sensor Newton 1 Trípode Base1 Cronómetro

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

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 actúa sobre una molécula localizada en la capa superficial no es cero, debido a que la resultante está dirigida hacia el interior del líquido, como se ilustra en la figura 1.

TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07

Figura 1

TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07

Figura 1



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, tomará 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 alcanzará 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:

(1)

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.

(2)

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 retocó esta expresión, y encontró un modo empírico para determinar . Rectificó las constantes y llegó a la ecuación:

(3)

Considerando un líquido de volumen V, de densidad , y que en él hay un número N de gotas, la masa de cada gota será:

(4)

Por lo tanto se encuentra que:

(5)

R 19

5 mg

R

N 19 5 V g

mg 2 R

m V

N

R

2

mg

1



IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1 – Método de Rayleigh Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la figura 2. Vierta en la bureta el líquido cuya tensión superficial desea determinar.

1. Mida la temperatura del líquido del interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la Tabla 1.

2. Use el vaso de precipitados como depósito de descarga del líquido de la bureta.

3. Tome dos puntos A y B como niveles de referencia.

4. 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.

5. Repita los pasos del 1 al 5 para otros líquidos (alcohol / ron, mezcla con agua)

Tabla 1

A temperatura ambiente: T = ………

Líquido

H2O Alcohol Marque: Ron / Mezcla

(g/cm3)

V

(ml)

N(gotas)

(g/cm3)

V

(ml)

N(gotas)

(g/cm3)

V

(ml)

N(gotas)

1 2 43 2 108 2 102

2 2 43 2 113 2 103

3 2 42 2 115 2 107

4 2 42 2 113 2 109

5 2 43 2 110 2 107

Promedio 2 42.6 2 111.8 2 105.6

Error Total

(dina/cm)

± ± ±

6. Ahora repita los pasos anteriores para T = 50°C y anote sus mediciones en la Tabla 2.

Figura 2



Tabla 2.

Equipo automatizado

Para incrementar el área de la superficie en un líquido en un ΔA, se debe realizar un trabajo ΔE.

ε = ΔE/ΔA (6)

Donde, ε es la energía superficial específica y es idéntica con la tensión superficial:

α = F/2l (7)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 = 2πr.

MONTAJE 2 – Método del anillo

Familiarícese con el equipo sensor de la unidad básica (Cobra3) y monte el diseño experimental de la figura 31. 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 ayuda del profesor calibre el sensor (Figura 5 y 6).5. Evite cualquier movimiento en la mesa de trabajo, ya

que el sistema es altamente sensible.6. Inicie la medición en software menú.

Figura 3

Figura 4

En baño María: T = 50 0C

Líquido

Alcohol

(g/ccm3)

V(ml)

N(gotas)

1 2 102

2 2 100

3 2 103

4 2 104

5 2 107

Promedio 2 103.2

Error Total

(dina/cm)

±



7. 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 (figura4).

8. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 s.9. Al término de los 10s suba cuidadosamente cubeta Petric con la ayuda de la

plataforma de elevación.10. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces.11. Detenga la medición.

12. De la gráfica fuerza vs tiempo que arroja el programa (figura 7), seleccione los datos correspondientes a la zona de máxima tensión y copie los datos a una hoja de cálculo Excel y obtenga el promedio para cada grupo de datos (Fuerza tensora).

Valores promedio de la fuerza de tensión superficial

F 1 2 3 4 5 Promedio Error

EXPERIMENTO N° 05 TENSIÓN SUPERFICIAL

FECHA:

ALUMNO: MATRÍCULA: V.B

Figura 6Figura 5



V. EVALUACIÓN

1. Para el equipo automatizado, determine el coeficiente de tensión superficial utilizando la ecuación 7. Con su error correspondiente. Recuerde que la longitud l del aro debe estar en metros.

2. Calcule el error porcentual y evalúe si éste se encuentra en el valor estimado en el error total.

3. Dé cinco ejemplos de aplicación práctica del fenómeno de tensión superficial: En los campo de: ciencia, tecnología y el hogar.

4. El diámetro exterior e interior del aro son: 20,0 mm y 19,0 mm. Halle la longitud sobre la cual la superficie tensora del líquido hace su acción.

5. Compare los resultados de ambos métodos. ¿Cuál es su opinión al respecto?

V. CONCLUSIONES.

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VI. RECOMENDACIONES.

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