Informe 3-Tension Superficial

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA TEMA: TENSION SUPERFICIAL (EXPERIENCIA 3)

CURSO: PROFESOR:

LABORATORIO DE FISICA II MIGUEL CASTILLO

INTEGRANTES: NOMBRES CAHUIN MEDINA JOSEPH HUAPAYA CHUMPITAZ PABLO PEREZ NICHO CESAR MEZA CARBAJAL DAVID MONTALVO HIROYASU LUIS

CODIGO 10190059 10190074 10190254 10070205 10190226

2011 TENSION SUPERFICIAL EXPERIMENTO N°3 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 BasicUnit)

II.

EQUIPOS / MATERIALES Método Rayleigh ( Clásico ) 1 Soporte Universal

1 Clamp

1 Bureta, medir diámetro externo

1 Termómetro

1 Vaso de precipitados

Líquidos: agua,

alcohol, ron

Equipo automatizado ( Cobra 3 Basic-Unit) 1 Aro de medida de tensión superficial, de diámetro promedio 19.5mm. 1 PC con Windows XP/Windows 98 1 Cobra3 Basic-Unit 1 Fuente de poder de 12V/2A 1 Software Cobra3 Force/Tesla

1 Cubeta Preti, d=20cm 1 Paño 1 Probeta de 100ml

1 Modulo de medición de Newton

1

Accesorios

de

1

Plataforma

de

conexión 1 Sensor Newton elevación vertical 1 Tripode Base 1 Varilla de 25cm

III.

1 Cronometro 1 Clamp

FUNDAMENTO TEORICO Las fuerzas moleculares que rodean una molécula en el interior de un liquido actúan sobre ella desde todos lados; ejerciéndose una presión isotrópica. 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 liquido 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 liquido 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,

(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 tensión superficial de liquido. Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma esférica. Apartir de la ecuación (1) se podría determinar no se ha tenido en cuenta

, pero como ahí

el trabajo de deformación cilindro-

esfera, el valor que se obtuviera no seria exacto. Rayleigh retoco esta expresión, y encontró un modo empirico para determinara . Rectifico las constantes y llego a la ecuación. (3)

Considerando un liquido de volumen V, de densidad , y que en el hay un numero N de gotas, la masa de cada gota será, (4)

Por lo tanto se encuentra que, (5)

Equipo automatizado Para incrementar el area de la superficie en un liquido en un se debe realizar un trabajo

Donde ,

, (6)

.

es la energía superficial especifica y es idéntica con la (7)

tensión superficial:

La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de mantener la película liquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la longitud del borde es

IV. EXPERIMENTO MONTAJE 1 – Método de Ravleigh Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la figura 3.

l=

Nota 1: Diámetro externo de la boquilla de la bureta=1mm. Nota 2: Para asegurar su buen funcionamiento, la bureta debe estar limpia. Enuncie. ¿Qué entiende por tensión superficial? • Es la cantidad de energía necesaria para que un líquido aumente su superficie por unidad de área, lo cual implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.11

PROCEDIMIENTO 1. Vierta en la bureta el líquido, cuya tensión superficial desea determinar. Sugerencia: Utilice 1,2 o 3 ml de líquido. 2. Mida la temperatura del líquido del interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la tabla 1. ¿Qué sentido tiene medir esta temperatura?

3. Use el vaso de precipitados como depósito de descarga del líquido de la bureta. 4. Tome dos puntos A y B como niveles de referencia. 5. 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. ¿Para qué se cuenta el número de gotas? • Ya que el conteo de las gotas a una velocidad de flujo constante y adecuada es la clave para un buen resultado. 6. Repita los pasos del 1 al 5 para otros líquidos(alcohol/ ron, mezcla con agua)

7. Nuevamente, repita los pasos anteriores para T=50ºC y anote sus observaciones en la Tabla 2. MONTAJE 2.- Equipo automatizado. Familiarícese con el equipo sensor de la unidad básica (Cobra 3) y monte el deseño experimental de la figura 4. PROCEDIMIENTO 1. 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 asistencia del profesor calibre el sensor . 5. Use los parámetros de fuerza según lo establecido en la figura5. 6. Para la medida dde la tensión F (N) se procederá de la siguiente manera: a. Tenga cuidado de no producir el menor movimiento de la mesa de trabajo, ya que el sistema es altamente sensible. b. Inicie la medición en software menú. c. 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. d. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10s. e. Al término de los 10 s suba cuidadosamente la cubeta Petric con la ayuda de la plataforma de elevación vertical. f. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces. g. Detenga la medición. 7. Haga una gráfica fuerza versus tiempo y seleccione los datos correspondientes a la zona de máxima tensión (meseta de la curva) Seleccione los tres mejores resultados que observe en la gráfica y obtenga la fuerza promedio.

8. Con ayuda de una hoja de cálculo obtenga el valor promedio de la fuerza correspondiente a cada zona de máxima tensión.

9. Determine la tensión superficial utilizando la ecuación 7. Recuerde que la longitud del aro debe estar en metros.

H 2O

Alcohol

Ron / Mezcla V

N

α H2o (dina/c m)

55

1

55

10.30

3.82

1

60

1

52

10.96

3.50

0.81 6

1

50

1

56

11.20

4.20

45

0.81 6

1

51

1

53

11.45

4.12

2

44

0.81 6

1

52

1

54

11.71

4.12

2

46. 0.81 4 6

1

53. 6

1

54

11.12

3.95

LIQUID O

σ

V

N

σ

V

N

1

1

2

50

0.81 6

1

2

1

2

47

0.81 6

3

1

2

46

4

1

2

5

1

Prom.

1

σ

V. DATOS Y RESULTADOS

TABLA 2

α Alcohol (dina/cm )

FORMULA: α=((5/19)*(σ*V*g))/N CALCULANDO

α H 2o

(dina/cm)

α H2o 1 =((5/19)*(1*2*9.79)/50)*100 = 10.30 dina/cm α H2o 2 =((5/19)*(1*2*9.79)/47)*100 = 10.96 dina/cm α H2o 3 =((5/19)*(1*2*9.79)/46)*100 = 11.20 dina/cm α H2o 4 =((5/19)*(1*2*9.79)/45)*100 = 11.45 dina/cm α H2o 5 =((5/19)*(1*2*9.79)/44)*100 = 11.71 dina/cm En Baño maria

T= 50 CO

Agua LIQUIDO

α H 2o (dina/cm)

σ

V

N

1

1

2

39

13.21

2

1

2

46

11.20

3

1

2

41

12.56

4

1

2

45

11.45

5

1

2

43

11.98

Prom.

1

2

42.8

12.08

CALCULANDO

α Alcohol

(dina/cm)

α Alcohol 1 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/55)*100 = 3.82 dina/cm α Alcohol 2 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/60)*100 = 3.50 dina/cm

α Alcohol 3 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/50)*100 = 4.2 dina/cm α Alcohol 4 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/51)*100 = 4.12 dina/cm α Alcohol 5 =((5/19)*( 0.816*1*9.79)/52)*100 = 4.12 dina/cm CALCULANDO

α Ron/Mezcla

(dina/cm)

α Ron/mezcla dina/cm

1 =((5/19)*( densidad (g/cm 3))*1*9.79)/55)*100 = x

α Ron/mezcla dina/cm

2 =((5/19)*( densidad (g/cm 3)*1*9.79)/52)*100 = x

α Ron/mezcla dina/cm

3 =((5/19)*( densidad (g/cm 3)*1*9.79)/56)*100 = x

α Ron/mezcla dina/cm

4 =((5/19)*( densidad (g/cm 3)*1*9.79)/53)*100 = x

α Ron/mezcla dina/cm

5 =((5/19)*( densidad (g/cm 3)*1*9.79)/54)*100 = x

CALCULANDO

α H2o Caliente

(dina/cm)

α H2o 1 =((5/19)*(1*2*9.79)/39)*100 = 13.21 dina/cm α H2o 2 =((5/19)*(1*2*9.79)/46)*100 = 11.2 dina/cm α H2o 3 =((5/19)*(1*2*9.79)/41)*100 = 12.56 dina/cm α H2o 4 =((5/19)*(1*2*9.79)/45)*100 = 11.45 dina/cm α H2o 5 =((5/19)*(1*2*9.79)/43)*100 = 11.98 dina/cm EVALUACION 1.- ¿Influye la tensión superficial en los fenómenos capilares? La tensión superficial si influye en la capilaridad, es decir, la elevación o descenso de un líquido en un tubo capilar son productos por la tensión superficial, dependiendo de las magnitudes relativas de la cohesión del líquido y la adherencia del líquido a las paredes del tubo. Los líquidos se elevan en un tubo que mojan (adherencia > cohesión) y descienden en los tubos que no mojan (adherencia < cohesión)

2.- ¿La tensión superficial depende de la temperatura? La tensión superficial de los líquidos disminuye con la elevación de la temperatura. La mayor agitación de las moléculas a temperaturas altas, baja la resultante de la fuerza de atracción de estas, y la de las fuerzas que jalan las moléculas hacia el interior del líquido. Para la mayor parte de la variación de la temperatura, la relación entre la tensión superficial y la temperatura inversamente proporcional. 3.- ¿Cuándo el coeficiente de tensión superficial para el agua será α=0? Para un líquido dado, digamos en este caso el agua, el valor de α disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitación térmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de α tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura critica del compuesto (T c

agua

=400,85 C o). En este punto, el

líquido es indistinguible del vapor, formándose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos. 4.- Determine si el coeficiente de tensión superficial, depende de la densidad. La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del liquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del liquido. 5.- Determine si el coeficiente de tensión superficial y la viscosidad se relación. Por definición de tensión superficial sabemos que es una cantidad física escalar, que mide el trabajo que se realiza al llevar moléculas del interior del líquido a la superficie de este.

Por otro lado la viscosidad se entiende como rozamiento interno que presenta el fluido. De aquí podemos deducir que ambas magnitudes físicas se relación en forma directa, pues, al poseer el fluido mayor viscosidad (rozamiento interno), el trabajo que se realice para llevar una molécula dese el interior hasta la superficie del liquido (tensión superficial) será mayor, debido a este rozamiento. Podemos, entonces, afirmar que ambas magnitudes están relacionadas entre sí. 6.- De 5 ejemplos de aplicación del fenómeno de tensión superficial. En los campos de la ciencia, tecnología y el hogar. •

El poder de jabón para limpiar.

•

Formación de espumas.

•

Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua.

•

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.

8.- Si la altura del aro es 3.07mm . Sobre que área de superficie se fija la superficie tensora del liquido, a que fuerzas atribuye esta unión

Para incrementar el area de la superficie en un liquido en un se debe realizar un trabajo

.

, (6)

Donde ,

es la energía superficial especifica y es idéntica con la (7)

tensión superficial:

La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de mantener la película liquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la longitud del borde es

l=

Done L = 3.07 mm =0.00307

9.-Compare los resultados de ambos métodos .¿ Cúal 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. El método AUTOMATIZADO es un método en el cual se puede resolver los 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. 10 .- En la formula para el coeficiente de tensión superficial, ¿Por qué se considera F/2L y no F/L? Se sabe que a energía de las moléculas del interior del liquido es diferente de la energía de las moléculas de la superficie, pues estas ultimas solo están ligadas a otras moléculas del propio liquido por un lado de la superficie divisoria (de los dos medios), y la que tendrían de hallarse estas moléculas en el interior de sus respectivos fluidos. Esta energía superficial es por tanto proporcional al área de la superficie divisoria.

Ahora el análisis par nuestro anillo: La tensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie dividida por la longitud del borde de esa superficie, no es fuerza dividida por el área de la superficie, sino dividida por la longitud del perímetro de esa superficie de manera:

Donde F es la fuerza que debe hacerse para sujetar una superficie de ancho L. El factor 2 en la ecuación se debe a que la superficie tiene 2 áreas (una por cada lado de la superficie), por lo que la tensión superficialmente actúa doblemente. Para ello, si el anillo tiene radio R, la longitud del borde será:

Entonces la tensión superficial será:

VI. 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 liquido este tiende a fluir de una manera mas 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 este presente en nuestra vida cotidiana, esta explica muchos fenómenos

VII. 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