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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