TENSIN SUPERFICIAL

TENSIN SUPERFICIAL2015-I

LABORATORIO DE FSICA II[EXPERIENCIA n5:TENSIN SUPERFICIAL ]

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIALEAP Ingeniera Industrial

ESTUDIANTES

FERNANDEZ PEREZ MICHELL ANDRE 13170020MORIYA JUAREZ SEBASTIAN ALONSO13170089

HORARIOMARTES 08:00 a.m. - 10:00 a.m.

INTRODUCCINLa superficie de cualquier lquido se comporta como si sobre esta existe una membrana a tensin. A este fenmeno se le conoce como tensin superficial. La tensin superficial de un lquido est asociada a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea. Dicho fenmeno es causado por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interfase.La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Lquidos cuyas molculas tengan fuerzas de atraccin intermoleculares fuertes tendrn tensin superficial elevada.En este informe se explicar el concepto de tensin superficial, adems de realizar las experiencias necesarias para determinar el coeficiente de tensin superficial de los lquidos en estudio (agua, ron y alcohol), se realizarn el mtodo de Reyleigh conocido tambin como el mtodo de la gota, y el mtodo del anillo mediante el uso de un equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit) En la parte final se muestran los clculos que evaluarn la eficiencia de la experiencia realizada, algunos datos tericos adicionales, adems de las conclusiones y recomendaciones de la experiencia.

OBJETIVOS Determinar el coeficiente de tensin superficial de los lquidos, utilizando el mtodo de Reyleigh (clsico) y mediante el uso de un equipo automatizado (Color 3 Basic-Unit) Conocer el concepto de tensin superficial. Aprender el uso del software usado en el mtodo del anillo, el programa Measure. Comparar y establecer diferencias y similitudes de los resultados de ambos mtodos. Evaluarla influencia de latemperaturasobrela tensin superficial.

MATERIALES Y EQUIPOSMTODO RAYLEIGH (CLSICO) 1 soporte universal

1 bureta, medir dimetro externo

1 vaso de precipitados

1 clamp

1 termmetro

Lquidos: agua, alcohol y ron

EQUIPO AUTOMATIZADO (COBRA 3 BASIC-UNIT ) 1 aro de medida de tensin superficial, de dimetro promedio 19.5 mm 1PC con Windows XP/Windows 98 1 cobra3 Basic-Unit 1 Fuente de poder de 12 V/2A 1 software cobra3 Force/Tesla 1 mdulo de medicin de Newton 1 sensor Newton 1 cronmetro 1 varilla de 25 cm 1 clamp 1 plataforma de evaluacin vertical 1 cubeta petri, d=20 cm 1 pao 1 probeta de 100 ml 1 accesorios de conexin 1 trpode de base

FUNDAMENTO TERICOEnfsicase denominatensin superficialde un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.1Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunosinsectos, como elzapatero(Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a lacapilaridad. Como efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un lquido en la zona de contacto con un slido.Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.CausaA nivel microscpico, la tensin superficial se debe a que las fuerzasque afectan a cada molculason diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan. Esto permite que la molcula tenga unaenergabastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del lquido se tiene un gas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia dedensidadesentre el lquido y el gas.Otra manera de verlo es que una molcula en contacto con su vecina est en un estado menor de energa que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las molculas interiores tienen todas las molculas vecinas que podran tener, pero las partculas del contorno tienen menos partculas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado ms alto de energa. Para el lquido, el disminuir su estado energtico es minimizar el nmero de partculas en su superficie.2Energticamente, las molculas situadas en la superficie tiene una mayor energa promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema ser disminuir la energa total, y ello se logra disminuyendo el nmero de molculas situadas en la superficie, de ah la reduccin de rea hasta el mnimo posible.Como resultado de minimizar la superficie, esta asumir la forma ms suave que pueda ya que est probado matemticamente que las superficies minimizan el rea por laecuacin de Euler-Lagrange. De esta forma el lquido intentar reducir cualquier curvatura en su superficie para disminuir su estado de energa de la misma forma que una pelota cae al suelo para disminuir su potencial gravitacional.Propiedades

La tensin superficial puede afectar a objetos de mayor tamao impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de una flor.La tensin superficial suele representarse mediante la letra griega(gamma), o mediante(sigma). Sus unidades son de Nm-1=Jm-2=Kg/s2(vaseanlisis dimensional).Algunas propiedades de: > 0, ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace falta llevar ms molculas a la superficie, con lo cual disminuye la energa del sistema yes

o la cantidad de trabajo necesario para llevar una molcula a la superficie. depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser un lquido y un slido. As, la tensin superficial ser igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cual podr mojar o no (vasecapilaridad) debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las adhesivas (lquido-superficie). se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en Nm-1). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifsico confinado por un pistn mvil, en particular dos lquidos con distinta tensin superficial, como podra ser elaguay elhexano. En este caso el lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistn desde el hexano hacia el agua. El valor dedepende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del lquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser su tensin superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres lquidos:hexano,aguaymercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipofuerzas de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrgeno, de mayor intensidad, y el mercurio est sometido alenlace metlico, la ms intensa de las tres. As, lade cada lquido crece del hexano al mercurio.Para un lquido dado, el valor dedisminuye con latemperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor detiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura crticaTcdel compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor, formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos

PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1- MTODO DE RAYLEIGHMonte el quipo tal como muestra el diseo experimenta de la figura 2. Vierta en la bureta el lquido, cuya tensin superficial desea determinar.1. Mida la temperatura del lquido del interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la Tabla 1.2. Use el vaso de precipitados como depsito de descarga del lquido de la bureta.3. Tome dos puntos A y B como niveles de referencia. 4. Cuente el nmero de gotas de la porcin de lquido entre los niveles de referencia. Repita este procedimiento no menos de 5 veces. Cada vez anote en la Tabla 1 el nmero de gotas para el volumen escogido.5. Repita los pasos del 1 al 5 para otros lquidos(alcohol / ron, mezcla con agua)

TABLA 1A temperatura ambiente: T =

LquidoH2OAlcoholRon

(g/cm3)V(ml)N(# gotas)(g/cm3)V(ml)N(# gotas)(g/cm3)V(ml)N(# gotas)

10,995740,8841360,934276

215720,8841390,934274

315750,8841380,934274

415750,8841390,934275

50,995740,8841370,934275

Promedio1,005740,884137,80,934274,8

Error Total8,888x10-30,51,7180,0050,51,8190,0050,51,229

(dina/cm)13.95 6,962x10-34,83 0,011755,158 6,258x10-3

Calculando los errores:

Se sabe que:

Entonces:

Lquido: H2O

Densidad (g/cm3)

Volumen (ml)

N (# gotas)

(dina/cm)R=0.125 mm =0.0125 cm

Lquido: Alcohol

Densidad (g/cm3)

Volumen (ml)

N (# gotas)

(dina/cm)R=0.125 mm =0.0125 cm

Lquido: Ron

Densidad (g/cm3)

Volumen (ml)

N (# gotas)

(dina/cm)R=0.125 mm =0.0125 cm

6. Ahora, repita los pasos anteriores para T=50 0C y anote sus mediciones en la Tabla 2.TABLA 2En bao Mara: T= 50 0C

LquidoAlcohol

(g/cm3)V(ml)N(# gotas)

10,91278

20,91277

30,91277

40,91275

50,91278

Promedio0,91277

Error Total0,0050,51,718

(dina/cm)4,881 5,934x10-3

(dina/cm)R=0.125 mm =0.0125 cm

EQUIPO AUTOMATIZADOPara incrementar el rea de la superficie en un lquido en un A, se debe realizar un trabajo E.=E/ADonde, es la energa superficial especfica y es idntica con la tensin superficial: = F/2LLa fuerza F acta tangencialmente en el borde de la longitud L del aro a fin de mantener la pelcula lquida. Cuando usamos un aro de medicin de radio r, la longitud del borde es L=2r. MONTAJE 2 MTODO DEL ANILLOFamiliarcese con el equipo sensor de la unidad bsica (Cobra 3) y monte el diseo experimental de la figura 3.1. Vierta lquido en la cubeta Petric hasta la mitad.2. Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No sumerja aun el anillo en el lquido.3. Utilizando la plataforma de elevacin vertical, girando la manija negra, sumerja lentamente el aro hasta que est completamente cubierto por el lquido de estudio.4. Con ayuda del profesor calibre el sensor.5. Evite cualquier movimiento en la mesa de trabajo, ya que el sistema es altamente sensible.6. Inicie la medicin en software men.7. Con la ayuda de la plataforma de elevacin vertical, descienda cuidadosamente la cubeta Petric hasta que observe que la pelcula de interface del lquido est tensionada hasta el lmite.8. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 s.9. Al trmino de los 10s suba cuidadosamente la cubeta Petric con la ayuda de la plataforma de elevacin.10. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces.11. Detenga la medicin.12. De la grfica fuerza vs tiempo que arroja el programa, seleccione los datos correspondientes a la zona de mxima tensin y copie los datos a una hoja de clculo Excel y obtenga el promedio de cada grupo de datos (Fuerza tensora).

VALORES PROMEDIO DE LA FUERZA DE TENSIN SUPERFICIALF12345PromedioError

0.011650.011840.011710.012280.012320,011964,525x10-3

Calculando el error:

EVALUACIN

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

Sabemos que:

Entonces:

2. Calcule el error porcentual y evale si este se encuentra en el valor estimado en el error total.

El error porcentual es mayor que el error total estimado, pero son valores muy cercanos.3. D cinco ejemplos de aplicacin prctica del fenmeno de tensin superficial: En los campos de la ciencia, tecnologa y el hogar.

La tensin superficial est relacionado con: El poder de jabn para limpiar Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua La capilaridad, fenmeno que permite llevar agua desde las races hasta la parte ms alta del tallo El que se moje una tela normal pero no la de un impermeable La tensin superficial es importante en condiciones de ingravidez; en los vuelos espaciales, los lquidos no pueden guardarse en recipientes abiertos porque ascienden por las paredes de los recipientes. La forma esfrica de las gotas.

4. El dimetro exterior e interior del aro son: 20.0 mm y 19.0 mm. Halle la longitud sobre la cual la superficie tensora del lquido hace su accin.

Donde D es (Dext+Dint)/2

5. Compare los resultados de ambos mtodos. Cul es su opinin al respecto?Se determin que el mtodo del anillo mediante el equipo automatizado es un mtodo ms directo y sencillo. A comparacin del mtodo de Rayleigh, que nos deja mayor error debido al medio y a las fuerzas de cohesin.Es por ello que hay una diferencia considerable entre los resultados del coeficiente de tensin calculados por ambos mtodos.

CONCLUSIONES Se consigui demostrar que la tensin superficial depende de la densidad de los lquidos, ya que cuando se contabilizo la cantidad de gotitas que haban en un determinado volumen de agua y alcohol se pudo notar que este ltimo haban casi el doble que en caso del agua y esto se deba a la diferencia de densidades. La forma esfrica de las gotitas se debe a que le esfera es un cuerpo geomtrico que para un mismo volumen tiene menos superficie, por esta razn, el paso de una masa dada de lquido desde una forma cualquiera, no esfrica, a la de esfera, est relacionada con una diminucin de superficie. Por consiguiente, la accin de las fuerzas de la presin molecular que obligar al lquido a tomar la forma de esfera es anloga a la que se producir si la superficie del lquido fuera de por si una pelcula estirada que tendiera a contraerse. La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensin superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.

RECOMENDACIONES Ajustar correctamente la bureta al soporte universal, ya que si ste se suelta se quebrar adems se perder el lquido que contiene. Como la densidad de los lquidos en estudio son diferentes, es recomendable trabajar con volmenes distintos para el conteo de gotas, pues las gotas del lquido menos denso caer con menor velocidad que las gotas del lquido con mayor densidad. Procurar no hacer movimientos bruscos ni alguna perturbacin, al momento de trabajar con el equipo automatizado, ya que el sensor que ste tiene captar este disturbio, distorsionndose as los datos obtenidos. Para obtener datos relativamente constantes en la experiencia con el mtodo del anillo, mantener el pulso correctamente al manipular la llave de la plataforma donde se encuentra el lquido. Hacer el adecuado uso del software.

BIBLIOGRAFA TENSIN SUPERFICIAL:

http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficialhttp://www.veoverde.com/2009/11/la-tension-superficial-del-agua/

F.Cuss,C.LpezyR.VillarFsicadelosprocesosbiolgicos,Cap.15.Fe-nmenos de superficie y disoluciones. Ariel Ciencia(2004)LABORATORIO DE FSICA II 20