lab. n5

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, Decana de América)

Facultad de Ciencias Físicas

E.A.P. INGENIERÍA MECÁNICA DE FLUIDOS

Curso: Laboratorio de Física 2

Semestre: 2014-II

Profesor: Carolina Trujillo Saenz

Trabajo: Informe No 5

Turno: Jueves 10-12 pm

Alumno: ALVARADO HUAMÁN, JULIO 13130034 DÁVILA BALBÍN, JUNIOR 13130086 YARI FERNADEZ, SAMUEL 13130065 OLIVERA MERLO, ELVIS 13130109

2014

TENSIÓN SUPERFICIAL

(Experiencia N° 5)

I. Objetivos:

Determinar el coeficiente de tensión superficial de los liquidos, utilizando el

método de Rayleigh (clásico) y mediante el uso de un equipo automatizado

(Cobra 3 basic-Unit).

II. II. EQUIPOS / MATERIALES

Método Rayleigh (Clásico)

1 Soporte universal 1 Clamp1 Bureta, medir diámetro externo 1 Termometro1 Vaso de precipitados Liquidos: agua, alcohol, ron

Equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit)

1 Aro de medida de tension superficial, 1 Varilla de 25 cmde diametro promedio 19.5 mm. 1 Clamp1 PC con Windows XP/ Windows 98 1 Plataforma de elevacion vertical1 Cobra 3 Basic-Unit 1 Cubeta Petri, d=20cm1 Fuente de poder de 12 V/2ª 1 Paño1 Software Cobra3 Force/Tesla 1 Probeta de 100 ml1 Módulo de medición de Newton 1 Accesorios de conexión1 Sensor Newton 1 Tripode Base1 Cronometro

III. Fundamento Teórico:

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 actúa sobre una molécula localizada en la capa superficial no es cero, debido a

que la resultante está dirigida hacia el interior del liquido, como se ilustra en la figura.

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 α; 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; a 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

desprenda se cumple a la siguiente relación.

Donde: m es la masa de la gota,

R es el radio externo de la punta de la bureta y,

α es el coeficiente de tensión superficial de líquido.

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

A partir de la ecuación (1) se podría determinar α, pero como ahí no se ha tenido en

cuenta el trabajo de deformación cilindro-esfera, el valor que se obtuviera no sería

exacto. Rayleigh retocó esta expresión, y encontró un modo empírico para

determinar α. Rectifico las constantes y llego a la ecuación .

Considerando un liquido de volumen V, de densidad ρ, y que en él hay un numero N

de gotas, la masa de cada gota será:

Por lo tanto se encuentra que:

IV. Procedimiento experimental

MONTAJE 1 – Método de Rayleigh

Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la figura. Vierta en la bureta el líquido cuya tensión superficial desea determinar.

1. Mida la temperatura del líquido del interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la Tabla 1.

2. Use el vaso de precipitados como depósito de descarga del líquido de la bureta.

3. Tome dos puntos A y B como niveles de referencia. 4. 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.

5. Repita los pasos del 1 al 5 para otros líquidos (alcohol / ron, mezcla con agua).

6. Ahora repita los pasos anteriores para T= 40C y anote sus mediciones en la Tabla 2.

Equipo automatizado:Para incrementar el área de la superficie en un líquido en un ∆A, se debe realizar un trabajo ∆E.

ԑε=∆ E /∆ A

Donde, ԑε es la energía superficial específica y es idéntica con la tensión superficial:

α=F /2l

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 = 2πr.

MONTAJE 2 – MÉTODO DEL ANILLO Familiarices con el equipo sensor de la unidad básica (Cobra 3) y monte el diseño experimental de la Figura 3.

PROCEDIMIENTO1. Vierta líquido en la cubeta Petric hasta la mitad.2. Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No sumerja aun 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 ayuda del profesor calibre el sensor.

5. Evite cualquier movimiento en la mesa de trabajo, ya que el sistema es altamente sensible.

6. Inicie la medición en software menú.7. Con la ayuda de la plataforma de elevación vertical, descienda cuidadosamente la

cubierta petric hasta que observe que la película de interface del liquidoeste tensionada hasta el límite. (figura 4).

8. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 s.9. Al termino de los 10 s suba cuidadosamente la cubierta petric con la ayuda de la

platadorma de elevación.10. Repita los pasos ( c ) al ( e ) al menos 4 veces.

11. Detenga la medición.

12. De la grafica fuerzas vs tiempo que arroja el programa (figura 7), seleccione los datos correspondientes a la zona de máxima tensión y copie los datos a una hoja de cálculo Excel y obtenga el promedio para cada grupo de datos (fuerza tensora).

FA1 2 3 4 5 PROMEDIO ERROR

V. Evaluación:

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

2. Calcule el error porcentual y evalúe si éste se encuentra en el valor estimado en el error total.

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

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

5. Compare los resultados de ambos métodos. ¿Cuál es su opinión al respecto?

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VI. Conclusiones:

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