INFORME N5 TENSION SUPERFICIAL

INFORME N5 TENSION SUPERFICIAL

INFORME N 5TENSION SUPERFICIALFACULTAD DE CIENCIAS FISICAS

Profesor:Miguel CastilloIntegrantes:Durand Jara Julio Cesar14190164Icanaqu Espinal Pool14070040Lpez Amsquita Gustavo14070141Alarcn Delacruz Miguel14190191Rojas Antn Javier Oswaldo14190144Horario:Martes de 10 a 12 p.m.2015

TABLA DE CONTENIDOContenido

OBJETIVOS4MATERIALES / EQUIPOS4FUNDAMENTO TERICO555MTODO DE RAYLEIGH5EQUIPO AUTOMATIZADO7PARTE EXPERIMENTAL8MONTAJE 1 METODO DE RAYLEIGH8MONTAJE 2 Mtodo del anillo13EVALUACIN16CONCLUSIONES19RECOMENDACIONES19SUGERENCIAS20BIBLIOGRAFA20ANEXOS21Ms acerca de la tensin superficial21Cohesin y tensin superficial21Ejemplos de tensin superficial21

OBJETIVOS Determinar el coeficiente de tensin superficial de los lquidos, utilizando el mtodo de Rayleigh (clsico) y mediante el uso de un equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit). Comparar la tensin superficial en diferentes temperaturasMATERIALES / EQUIPOS

METODO RAYLEIGH (CLASICO) 1 Soporte universal 1 Bureta, medir dimetro externo 2 vasos de precipitado 1 Clamp 1 Termmetro 1 Tripode con rejilla 1 Mechero bunsen Lquidos: agua, alcohol y ron

EQUIPO AUTOMATIZADO (COBRA 3 BASIC-UNIT) 1 Aro de medida de tensin superficial, de dimetro promedio 19.5mm. 1 PC con Windows XP/Windows 98 1 Cobra3 Basic-Unit1 Cubeta Preti, d=20cm 1 Fuente de poder de 12V/2A1 Pao 1 Software Cobra3 Force/Tesla1 Probeta de 100ml 1 Modulo de medicin de Newton1 Accesorios de conexin 1 Sensor Newton1 Plataforma de elevacin vertical 1 Tripode Base1 Cronometro 1 Varilla de 25cm1 Clamp

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 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 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. Las fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial.

MTODO DE RAYLEIGHLas fuerzas moleculares que rodean una molcula en el interior de un lquido actan sobre ella desde todos lados; ejercindose una presin isotrpica. 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 lquido Mtodo de Rayleigh.

Del anlisis de la dinmica presente en la formacin de una gota que se desprende de un tubo cilndrico de radio R, para un lquido que tiene un coeficiente de tensin superficial ; se observa que mientras la gota no se desprenda, tomara una forma tal que la componente vertical de la fuerza de tensin superficial se equilibra con su peso; la componente vertical de la fuerza de tensin superficial alcanzara su valor mximo en el instante justo antes de que la gota se desprenda, en el momento que se desprende se cumple a la siguiente relacin,

(1)

(2)

Donde:m es la masa de la gota,R es el radio externo de la punta de la bureta, y es el coeficiente de tensin superficial de lquido.Debido a la condicin de mnimo, las gotas de agua adoptan la forma esfrica.A partir de la ecuacin (1) se podra determinar , pero como ah no se ha tenido en cuenta el trabajo de deformacin cilindro-esfera, el valor que se obtuviera no sera exacto Rayleigh retoco esta expresin, y encontr un modo emprico para determinar . Rectifico las constantes y llego a la ecuacin.

(3)

Considerando un lquido de volumen V, de densidad , y que en l hay un nmero N de gotas, la masa de cada gota ser,

(4)

Por lo tanto se encuentra que,

(5)

De la ecuacin 5 se obtiene el coeficiente de tensin superficial.

EQUIPO AUTOMATIZADOPara incrementar el rea de la superficie en un lquido en un A, se debe realizar un trabajo E. (6)

Donde es la energa superficial especfica y es idntica con la tensin superficial:

(7)

Donde la 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

PARTE EXPERIMENTALMONTAJE 1 METODO DE RAYLEIGHPASO 1: Montamos el siguiente equipo para realizar el experimento. Vertemos en la bureta el lquido cuya tensin superficial se desea determinar.

PASO 2: Medimos la temperatura del lquido en el interior de la bureta. El termmetro indico que la temperatura fue de T = 24 CPASO 3: Tomamos dos puntos como niveles de referencia: Se tom como puntos de referencia A= 20 ml y B = 21 ml , que es lo que indica la bureta.

AB

PASO 4: Abrimos con cuidado la llave de la bureta. Comenzamos a contar el nmero de gotas de la porcin de lquido entre los niveles de referencia A y B.PASO 5: Luego de contar el nmero de gotas, pesar el lquido con las gotas contadas y medir su masa, restndola con el del vaso vaco. Se obtiene la masa del total de gotas.

Realizar el procedimiento no menos de cinco veces. El nmero de gotas se coloc en la tabla 1

PASO 6: Repetimos los pasos anteriores para los distintos lquidos (alcohol/ron, mezcla con agua)Se obtuvo la siguiente tabla:

A temperatura ambiente: T=24 C

LIQUIDOH2OAlcoholRon

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

10.911181.21590.9148

20.931171.131570.9146

30.911191.251600.89149

40.921171.121580.92147

50.931181.131590.91148

Promedio0.92117.81.166158.60.904147.6

Error total

(dina/cm)

TABLA N 1

Para obtener el coeficiente de tensin superficial se utiliz la formula

Con el agua:

Se reemplaza los datos promedios y se tiene:

Se obtuvo para el agua:

Con el alcohol:

Se reemplaza los datos promedios y se tiene:

Se obtuvo para el agua:

Con el agua:

Se reemplaza los datos promedios y se tiene:

Se obtuvo para el agua:

Tambin se calcularon los errores y se anotaron en la tabla.PASO 7: Se realiz los pasos anteriores para una temperatura de 50C Para ello colocamos alcohol en un vaso de precipitado y lo calentamos en bao Mara hasta la temperatura indicada

Tabla N 2En bao Mara: T= 50C

LIQUIDOAlcohol

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

10.8148

20.82149

30.81150

40.83148

50.85149

Promedio0.822148.8

Error total

(dina/cm)

Ahora utilizamos la formula

Para hallar el coeficiente de tensin superficial a dicha temperatura:

Con el alcohol:

Se reemplaza los datos promedios y se tiene:

Se obtuvo para el agua:

MONTAJE 2 Mtodo del anilloFamiliarcese con el equipo sensor de la unidad bsica (Cobra 3) y monte el diseo experimental de la figura 4.

PASO 1: Vierta lquido en la cubeta Petric hasta la mitad.PASO 2: Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No sumerja an el anillo en el lquido.PASO 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.

PASO 4: Con asistencia del profesor calibre el sensor.

PASO 5: Para la medida de la tensin F (N) se proceder de la siguiente manera:1. Tenga cuidado de no producir el menor movimiento de la mesa de trabajo, ya que el sistema es altamente sensible.1. Inicie la medicin en software men.1. 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.1. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10s.1. Al trmino de los 10 s suba cuidadosamente la cubeta Petric con la ayuda de la plataforma de elevacin vertical.1. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces.1. Detenga la medicin.PASO 6: Se obtuvo la siguiente grfica de la cual seleccionamos los datos correspondientes a la mxima tensin (amarillo) y lo copiamos en una hoja de clculo Excel y obtenemos el promedio por cada grupo de datos (Fuerza Tensora).

Datos en excel y promedio calculado (Fuerza tensora):

EVALUACIN1. Para el equipo automatizado, determine el coeficiente de tensin superficial utilizando la ecuacin 7. Con su error correspondiente. Recuerde que la longitud del aro debe estar en metros.

Utilizando la frmula: (7)Donde F es la fuerza tensora y l es la longitud del aro.La longitud del aro es:

Se obtuvieron 5 promedios para la fuerza tensora: F1= 0.007414 N

F2= 0.00794 N

F3=0.008309 N

F4=0.008491 N

F5=0.008025 N

La fuerza tensora promedio total seria:F = 0.008036 5.502x10-4

El coeficiente de fuerza tensorial total es:

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

El error porcentual se obtiene de restar el promedio de los coeficientes obtenidos para cada promedio de fuerza y el obtenido para el total.

El error porcentual seria:

Dicho valor si est incluido en el error total.

3. De cinco ejemplos de aplicacin prctica del fenmeno de tensin superficial: En los campos de: ciencia, tecnologa y en el hogar.

1. El poder de jabn para limpiar.1. Formacin de espumas.Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua.1. La capilaridad, el fenmeno que permite a las plantas llevar el agua desde las races hasta la parte ms alta del tallo. 1. La forma esfrica de las gotas.

4. El dimetro exterior e interior del aro son: 20,00 mm y 19,0 mm. Halle la longitud sobre la cual la superficie tensora del lquido hace su accin.

Como se tiene el dimetro exterior 20 mm y el interior 19 mm, el lugar donde la superficie tensora hace su accin tiene como dimetro 1mm.

Entonces:

Donde r es el radio.

Se sabe que la longitud (l) donde se hace la fuerza tensora es:

5. Compare los resultados de ambos mtodos. Cul es su opinin al respecto?

El mtodo de la Rayleigh usado en la presente experiencia es un mtodo netamente cientfico en el cual se hacen variedades de clculos para determinar la tensin superficial. El mtodo AUTOMATIZADO es un mtodo en el cual se puede resolver el mismo pero con una mayor facilidad puesto que es un SOTFWARE el cual tiene la funcin de hallar la tensin superficial en cuestin de minutos.

CONCLUSIONES

En el experimento realizado acerca de TENSION SUPERFICIAL se pudo reconocer la relacin 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 tensin superficial; adems de esto pudimos ver que cuando se aumenta la temperatura a un lquido este tiende a fluir de una manera ms rpida.

Se pudo observar que la tensin superficial es una propiedad de los lquidos por lo cual estos pueden pasar por los orificios de un slido en forma similar a la presin con la diferencia que la fuerza que ejerce hacia adentro y tiende a encoger su superficie

Se pudo demostrar que el fenmeno de tensin superficial est presente en nuestra vida cotidiana, esta explica muchos fenmenos

RECOMENDACIONES1. Antes de comenzar con la experiencia primero se debe de verificar que la bureta est limpia y seca antes de ingresar cualquier lquido para que los clculos sean ms exactos1. En todo momento utilizar con mucho cuidado el vernier para medir el radio de la bureta ya que lo podemos romper1. A la hora de utilizar el mechero, prenderlo con para calentar los lquidos.1. Asegurarse de haber apagado la vlvula de gas antes de retirarse del laboratorio

SUGERENCIAS Evitar mover la mesa cuando se est utilizando el equipo automatizado Realizar rpidamente el contado de gotas con el alcohol caliente para que la temperatura no vari. Utilizar un vaso seco ya que si tiene lquido o restos de lquido nuestra experiencia tendra errores.

BIBLIOGRAFA Fsica para Ciencias e Ingeniera. Autor: Giancoli Editorial: Pearson Vol 1. Fsica para Ciencias e Ingeniera. Autor: Raymond Serway Vol 1 Septima edicin. Laboratorio N1 Fsica 1, Mediciones, 2013

ANEXOSMs acerca de la tensin superficialLas fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido, son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial. Las molculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan ms fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una pelcula de superficie, que hace mas difcil mover un objeto a travs de la superficie, que cuando est completamente sumergido.La tensin superficial, se mide normalmente en dinas/cm., la fuerza que se requiere (en dinas) para romper una pelcula de 1 cm. de longitud. Se puede establecer de forma equivalente la energa superficial en ergios por centmetro cuadrado. El agua a 20C tiene una tensin superficial de 72.8 dinas/cm comparada con 22.3 para el alcohol etlico y 465 para el mercurio.

Cohesin y tensin superficialLas fuerzas cohesivas entre las molculas dentro de un lquido, estn compartidas con todos los tomos vecinos. Las de la superficie, no tienen tomos por encima y presentan fuerzas atractivas mas fuertes sobre sus vecinas prximas de la superficie. Esta mejora de las fuerzas de atraccin intermoleculares en la superficie, se llama tensin superficial.

Ejemplos de tensin superficialPaseo sobre el AguaLos pequeos insectos, tales como el zapatero de agua puede caminar sobre el agua, porque su peso no es suficiente para penetrar la superficie.Aguja FlotandoSi se coloca cuidadosamente sobre la superficie, una pequea aguja puede flotar en la superficie del agua a pesar de ser varias veces ms densa que el agua. Si se agita la superficie para romper la tensin superficial, entonces la aguja se hunde rpidamente.

Los materiales comunes de lonas, son de alguna forma impermeables, en los cuales la tensin de superficie del agua, llenar los poros del tejido fino del material. Pero si toca la lona con los dedos, se rompe la tensin superficial y el agua comenzar a atravesar la lona comenzando el goteo.Los Jabones y DetergentesAyudan a la limpieza de la ropa al disminuir la tensin superficial del agua, de modo que sta penetra ms fcilmente en los poros y las superficies manchadas.Prueba Clnica para la IctericiaLa orina normal, tiene una tensin superficial (T.S.) de unas 66 dinas/cm., pero si est presente la bilis (una prueba para la ictericia), cae a unos 55. En la prueba de heno, se esparce polvo de azufre sobre la superficie de la orina. El polvo flotar en la orina normal, pero se hundir si la T.S. baja por la bilis.Lavar con Agua FraLa razn mayor para usar agua caliente, es que su tensin superficial es menor y por tanto un mejor agente de mojado. Pero si el detergente baja la T.S., puede hacer innecesario el calor.Desinfectantes. Tensin SuperficialLos desinfectantes son generalmente soluciones de baja tensin superficial. Esto permite que se propaguen a traves de las paredes celulares de las bacterias y eliminar su desarrollo. Un desinfectante, el ST37 tiene un nombre que apunta a su baja tensin superficial en comparacin con los 72 dinas/cm. del agua.

Influye la tensin superficial en los fenmenos capilares

La tensin superficial si influye en la capilaridad, es decir, la elevacin o descenso de un lquido en un tubo capilar son productos por la tensin superficial, dependiendo de las magnitudes relativas de la cohesin del lquido y la adherencia del lquido a las paredes del tubo. Los lquidos se elevan en un tubo que mojan (adherencia > cohesin) y descienden en los tubos que no mojan (adherencia < cohesin)La tensin superficial depende de la densidad

La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.La tensin superficial depende de la densidad

La tensin superficial depende de la naturaleza del lquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.

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