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UNI FIMlaboratorio FISICA II 10

1. PROLOGO

En el siguiente laboratorio tiene como fin calcular la densidad de un aceite teniendo como conocimiento las clases expuesta por nuestros profesores as como tambin los efectos de la tensin superficial ya que esta es muy evidente cuando se mezcla agua y aceite o ver como algunos insectos pueden caminar sobre el agua.

El contenido de este informe es la sustentacin de un experimento que nos permite calcular la densidad de algn aceite o un liquido que tenga una densidad que se encuentre comprendida entre los valores de las densidades del alcohol y el agua

2. OBJETIVOS

Comprender la relevancia de la densidad en las mezclas ya sea el caso de homogneas o heterogneas Calcular la densidad del aceite a partir de una mezcla de agua y alcohol a partir de una regla de mezcla. Evidenciar la fuerza de tensin superficial y calcular la presin ejercida en el interior de la burbuja.

3. FUNDAMENTO TEORICO

3.1 La Densidad

Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volmenes, as notamos que el hierro o el hormign son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plstico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, ms pesado nos parecer.

La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. As, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cbicos (m3) la densidad se medir en kilogramos por metro cbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequea. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m3, la densidad ser de:La mayora de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estaran usando siempre nmeros muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centmetro cbico (gr./c.c.), de esta forma la densidad del agua ser:Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho ms pequeas y fciles de usar. Adems, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.

SustanciaDensidad en kg/m3Densidad en g/c.c.

Agua10001

Aceite9200,92

Gasolina6800,68

Madera9000,9

Aire1,30,0013

Butano2,60,026

Dixido de carbono1,80,018

La densidad de un cuerpo est relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotar sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirn en la gasolina, de densidad ms baja.Densidad: La densidad es una caracterstica de cada sustancia. Nos vamos a referir a lquidos y slidos homogneos. Su densidad, prcticamente, no cambia con la presin y la temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes.

PUNTOS DE FUSIN Y EBULLICIN

Calor y Temperatura: En el lenguaje cotidiano solemos confundir los trminos calor y temperatura. As, cuando hablamos del calor que hace en el verano o lo mal que saben los refrescos calientes, realmente nos referimos a la temperatura, a la mayor o menor temperatura del aire o los refrescos. La temperatura es una magnitud fsica que nos permite definir el estado de una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de alto.Cuando se ponen en contacto dos sustancias a distinta temperatura, evolucionan de forma que el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el que tena menor temperatura la aumenta hasta que al final los dos tienen la misma temperatura, igual que al echar un cubito de hielo a un refresco, que el refresco se enfra y el cubito de hielo se calienta y termina convirtindose en agua. Decimos que la sustancia a mayor temperatura ha cedido calor a la sustancia que tena menor temperatura.Sin embargo, el calor no es algo que est almacenado en el cuerpo ms caliente y que pasa al cuerpo ms fro. Tanto uno como otro poseen energa, que depende de la masa del cuerpo, de su temperatura, de su ubicacin, etc. y recibe el nombre de energa interna. Cuando esta energa interna pasa de una sustancia a otra a causa de la diferencia de temperatura entre ellas la llamamos calor. Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro porque estn a distinta altura, de forma similar el calor es la energa que pasa de un cuerpo a otro porque estn a distinta temperatura.Punto de ebullicin:Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego est a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termmetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 C, empieza a hervir, convirtindose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrndole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de lquido a gas, sin variar la temperatura.La temperatura a la que una sustancia cambia de lquido a gas se llama punto de ebullicin y es una propiedad caracterstica de cada sustancia, as, el punto de ebullicin del agua es de 100 C, el del alcohol de 78 C y el hierro hierve a 2750 C.Punto de fusin:Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termmetro vers que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estar cercana a -20 C (depende del tipo de congelador) y ascender rpidamente hasta 0 C, se empezar a formar agua lquida y la temperatura que permanecer constante hasta que todo el hielo desaparezca.Igual que en el punto de ebullicin, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado slido (hielo) al estado lquido (agua) y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusin. SE trata de una temperatura caracterstica de cada sustancia: el punto de fusin del agua es de 0 C, el alcohol funde a -117 C y el hierro a 1539 C.

SustanciaPunto de fusin (C)Punto de ebullicin (C)

Agua0100

Alcohol-11778

Hierro15392750

Cobre10832600

Aluminio6602400

Plomo3281750

Mercurio-39357

3.2 Tensin Superficial

Se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.[1] Esta definicin implica que el lquido 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 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 la capilaridad. 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.La tensin superficial suele representarse mediante la letra . Sus unidades son de Nm-1=Jm-2 (vase anlisis 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 y es

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 (vase capilaridad) 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 el agua y el hexano. 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 de depende 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, agua y mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas 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 al enlace metlico, la ms intensa de las tres. As, la de cada lquido crece del hexano al mercurio.Para un lquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura crtica Tc del compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor, formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos ....Tabla de tensiones superficiales de lquidos a 25CMaterialTensin Superficial / (10-3 N/m)

Acetona23,70

Benceno28,85

Tetracloruro de Carbono26,95

Acetato de etilo23,9

Alcohol etlico22,75

ter etlico17,01

Hexano18,43

Metanol22,61

Tolueno28,5

4. MATERIALES

Alcohol metlico

Agua

Aceite

Pipeta graduada

Probeta

Regla

5. PROCEDIMIENTO

Verter agua dentro de la probeta una cantidad considerable en nuestro caso 10 ml de agua 2 ml de aceite dentro de la probeta Echar dentro de la probeta alcohol por las paredes con ayuda de la pipeta hasta que el la burbuja de aceite quede sumergida dentro de la mezcla.

6. CALCULOS Y RESULTADOS

1. Con la relacin de volmenes de alcohol y agua obtenemos la densidad del aceite esta relacin es 10 a 11 aproximadamente

Cantidad de agua: 10mlCantidad de alcohol: 11ml La relacin de densidades es de 10 a 11.

Tenemos de dato a 25C la densidad del alcohol metlico es 791,8 Kg/m3 la del agua es 1000 Kg/m3

Por lo tanto:

2. Hallamos la altura a la que est sumergida la gota y hallaremos la presin interna de esta.Por lo tanto la presin seria considerando a la gota una esfera perfecta y que la variacin de presin en sus extremos es despreciable y coeficiente de tensin superficial halado en tablas :

El radio de la gota seria:

7. CONCLUSIONES

La gota de aceite se sumerge dentro de la mezcla tomando una forma esfrica debido a su tensin superficial La mezcla de agua y alcohol es homognea La densidad del aceite est entre los valores del agua y el alcohol La tensin superficial es apreciable si introducimos la pipeta en la burbuja esta no se romper y tomara su forma original Vemos que la presin dentro de la burbuja es calculabl si hacemnos un diagrama de cuerpo libre de esta

8. OBSERVACIONES

Tener cuidado a la ora de verter el aceite no dejar que se parta en varias gotas esto malograra el experimento Verter por la paredes de la probeta el alcohol con mucho cuidado ya que en ese momento la densidad de la mescla varia y la gota se puede partir

9. BIBLIOGRAFIA

Merle C. Potter, David C. Wiggert - 2002 - 769 pginas Marcelo Alonso, Edward J. Finn - 1998 - 579 pginas Russell C. Hibbeler - 2004 - 637 pginas

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