tension superficial1

TENSION SUPERFICIAL

UNIVERSIDAD NACIONALMAYOR DE SAN MARCOS

LABORATORIO DE FÍSICA II

PRÁCTICA N°5

TENSION SUPERFICIAL

PROFESOR: Martin Calvo Chía

HORARIO: Sábado 10:00 a.m. – 12:00 p.m.

INTEGRANTES: Paniagua Trujillo, Cindy Milagros 14170211 Pacahuala Aguirre, Cristhian 14170135 Peralta Gutierrez, Nayda 14070036 Saldaña Huamán, Nelly 14070053 Torres Rimey, María Julia 14070158

Fecha de entrega: 17/10/15

LABORATORIO N°5 PÁGINA 1

TENSION SUPERFICIAL

TABLA DE CONTENIDO

Contenido

OBJETIVOS................................................................................................................................3

MATERIALES / EQUIPOS.......................................................................................................4

FUNDAMENTO TEÓRICO......................................................................................................5

.....................................................................................................................................................5

.....................................................................................................................................................5

MÉTODO DE RAYLEIGH............................................................................................6

EQUIPO AUTOMATIZADO.........................................................................................8

MONTAJE 1 – METODO DE RAYLEIGH..........................................................................9

EVALUACIÓN..........................................................................................................................14

CONCLUSIONES....................................................................................................................18

RECOMENDACIONES...........................................................................................................19

BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................................20


TENSION SUPERFICIAL

OBJETIVOS

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).

Comparar la tensión superficial en diferentes temperaturas

MATERIALES / EQUIPOS

METODO RAYLEIGH (CLASICO)


TENSION SUPERFICIAL

1 Soporte universal

1 Bureta, medir diámetro externo

2 vasos de precipitado

1 Clamp

1 Termómetro

1 Tripode con rejilla

1 Mechero bunsen

Líquidos: agua, alcohol y

ron

FUNDAMENTO TEÓRICO

En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de

energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 Esta


http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial#cite_note-1

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica

TENSION SUPERFICIAL

definición implica que el líquido 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

tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en

los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las

superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a

la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la

superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.

Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa

tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie

libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.

Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido son las

responsables del fenómeno conocido como tensión superficial.

MÉTODO DE RAYLEIGH 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 actua sobre una molecula


http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad

http://es.wikipedia.org/wiki/Gerris_lacustris

http://es.wikipedia.org/wiki/Insecta

TENSION SUPERFICIAL

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 líquido 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, 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,

mg=2πRα (1)

α= 12π (mgR ) (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 tensión superficial de líquido.

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

esférica.


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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 retoco esta expresión, y

encontró un modo empírico para determinar . Rectifico las constantes y

llego a la ecuación.

α= 519 (mgR ) (3)

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

m=( ρVN ) (4)

Por lo tanto se encuentra que,

α= 519 ( ρVN )( gR ) (5)

De la ecuación 5 se obtiene el coeficiente de tensión superficial.

EQUIPO AUTOMATIZADO

Para incrementar el área de la superficie en un líquido en un A, se

debe realizar un trabajo E.

ε=E/ A (6)


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

superficial:

α=( F2 l ) (7)

Donde 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=2r

PARTE EXPERIMENTAL

MONTAJE 1 – METODO DE RAYLEIGH

PASO 1:

Montamos el siguiente equipo para realizar el experimento.

Vertemos en la bureta el líquido cuya tensión superficial se desea

determinar.


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PASO 2:

- Medimos la temperatura del líquido en el interior de la bureta.

- El termómetro indico que la temperatura fue de T = 24 °C

PASO 3:

- Tomamos dos puntos como niveles de referencia:- Se tomó como puntos de referencia A= 20 ml y B = 21 ml , que es lo

que indica la bureta.

PASO 4:

- Abrimos con cuidado la llave de la bureta.

- Comenzamos a contar el número de gotas de la porción de líquido

entre los niveles de referencia A y B.

PASO 5:

- Luego de contar el número de gotas, pesar el líquido con las gotas

contadas y medir su masa, restándola con el del vaso vacío.


BA

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- Se obtiene la masa del total de gotas.

masaL=masavaso lleno−masavaso vacio

- Realizar el procedimiento no menos de cinco veces.

- El número de gotas se colocó en la tabla 1

PASO 6:

- Repetimos los pasos anteriores para los distintos líquidos (alcohol/ron, mezcla con agua)

Se obtuvo la siguiente tabla:

A temperatura ambiente: T=24 °C

LIQUIDOH2O Alcohol Ron

ρ(g/ml)

V(ml)

N(#

gotas)

Ρ(g/ml)

V(ml)

N(#

gotas)

ρ(g/ml)

V(ml)

N(#

gotas)

1 0.91 1 18 1.2 1 59 0.9 1 48

2 0.93 1 17 1.13 1 57 0.9 1 46

3 0.91 1 19 1.25 1 60 0.89 1 49

4 0.92 1 17 1.12 1 58 0.92 1 47


TENSION SUPERFICIAL

5 0.93 1 18 1.13 1 59 0.91 1 48

Promedio 0.92 1 17.8 1.166 1 58.6 0.904 1 47.6

Error total 19.946 x10−5 13.426 x10−5 11.226 x 10−5

(dina/cm)

13.3429923±19.946 x 10−5 5.13672535±13.426 x 10−5 4.90283061±11.226 x 10−5

TABLA N° 1

Para obtener el coeficiente de tensión superficial se utilizó la formula

α= 519 ( ρVN )( gR )

Con el agua:

α= 519 ( ρVN )( gR )

Se reemplaza los datos promedios y se tiene:

α= 519 ( 0.92x 117.8 )( 9.810.01 )

Se obtuvo para el agua:

α=13.3429923

Con el alcohol:

α= 519 ( ρVN )( gR )


α= 519 (1.166 x 158.6 )( 9.810.01 )


α=5.13672535


TENSION SUPERFICIAL

Con el agua:

α= 519 ( ρVN )( gR )


α= 519 ( 0.904 x147.6 )( 9.810.01 )


α=4.90283061

También se calcularon los errores y se anotaron en la tabla.

PASO 7:

- Se realizó los pasos anteriores para una temperatura de 50°C

- Para ello colocamos alcohol en un vaso de precipitado y lo calentamos en baño María hasta la temperatura indicada

Tabla N° 2

En baño María: T= 50°C

LIQUIDOAlcohol

ρ(g/ml)

V(ml)

N(# gotas)

1 0.8 1 48


TENSION SUPERFICIAL

2 0.82 1 49

3 0.81 1 50

4 0.83 1 48

5 0.85 1 49

Promedio 0.822 1 48.8

Error total 11.421 x10−5

(dina/cm) 4.348479±11.421 x10−5

Ahora utilizamos la formula

α= 519 ( ρVN )( gR )

Para hallar el coeficiente de tensión superficial a dicha temperatura:

Con el alcohol

α= 519 ( ρVN )( gR )


α= 519 ( 0.822x 148.8 )( 9.810.01 )


α=4.348479

EVALUACIÓN

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

Utilizando la fórmula:

α=( F2 l ) (7)


TENSION SUPERFICIAL

Donde F es la fuerza tensora y l es la longitud del aro.La longitud del aro es:

l=2 rπ=1x π=0.00314m

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

α 1=( 0.0074142(0.00314))=1.1805N /m

F2= 0.00794 N

α 2=( 0.007942(0.00314))=1.2643N /m

F3=0.008309 N

α 3=( 0.0083092(0.00314))=1.3230N /m

F4=0.008491 N

α 4=( 0.0084912(0.00314) )=1.352N /m

F5=0.008025 N

α 5=( 0.0080252(0.00314))=1.2778N /m

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

El coeficiente de fuerza tensorial total es:

α=( 0.0080362 (0.00314))=1.2796N /m


TENSION SUPERFICIAL

2. Calcule el error porcentual y evalué 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.

α promedio=α1+α 2+α3+α4+α5

5=1.27952

El error porcentual seria:

Error=1.2796−1.279521.2796

x100%=6.251 x10−3

Dicho valor si está incluido en el error total.

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

El poder de jabón para limpiar.

Formación de espumas.

Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua.


TENSION SUPERFICIAL

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.

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

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

Entonces:d=1mm=2 r

Donde r es el radio.

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

l=2 rπ=1x π=3.14mm

l=0.00314m

5. Compare los resultados de ambos métodos. ¿Cuál 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.


TENSION SUPERFICIAL

El método AUTOMATIZADO es un método en el cual se

puede resolver el 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.


TENSION SUPERFICIAL

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 líquido este tiende a

fluir de una manera más 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 esté presente

en nuestra vida cotidiana, esta explica muchos fenómenos


TENSION SUPERFICIAL

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


TENSION SUPERFICIAL

BIBLIOGRAFÍA

Física para Ciencias e Ingeniería. Autor: Giancoli Editorial:

Pearson Vol 1.

Física para Ciencias e Ingeniería. Autor: Raymond Serway Vol 1

Septima edición.

Laboratorio N°1 Física 1, Mediciones, 2013


tension superficial1

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