Fisica de fluidos calor

TENSIÓN SUPERFICIAL

Andrés Felipe Moreno Parra

afmoreno@unicauca.edu.co

Aura Cristina Rojas Ramírez

aurar@unicauca.edu.co

Michel Mauricio Valencia Muñoz

michelvm@unicauca.edu.co

Christian Leonardo Charria

christianleo@unicauca.edu.co

        Resumen: En esta práctica en primera instancia con la ayuda del mercurio, se halló el radio de los distinto capilares usados para luego determinar experimentalmente el coeficiente de tensión superficial del agua, de igual manera hallamos el ángulo de contacto formado por el menisco y el tubo capilar.

PALABRAS CLAVE: Tensión superficial, Angulo de contacto.

1. INTRODUCCIÓN

En la práctica pudimos darnos cuenta en el momento de trabajar con el mercurio lo difícil que era juntar las “pelotitas” de mercurio que se formaban cuando se nos caía el mercurio a pesar de que era muy divertido tratar de unirlas nos podemos preguntar de ¿porque esta sustancia forma esa bolitas?. Bueno esto sucede debido a la tensión superficial la cual podemos definir  como la fuerza que ejerce un líquido sobre una determinada superficie debido a la existencia de una atracción no compensada hacia el interior del mismo sobre las moléculas individuales de la superficie. Es la forma en que se refleja la cohesión entre moléculas en un líquido. La tensión superficial depende de la naturaleza del mismo, del medio que le rodea y de la temperatura.

1. OBJETIVOS

• Determine experimentalmente la tensión superficial del agua a temperatura ambiente.
• Discutir la relación de los conceptos de tensión superficial, capilaridad, y fuerzas de adhesión y cohesión

1. MARCO TEÓRICO

La superficie de cualquier fluido se comporta como si sobre esta se encontrara una membrana a tensión. A este fenómeno que se presenta se le conoce como tensión superficial, la cual está asociada a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área, esta es causada por los efectos de las fuerzas intermoleculares que existen en la interface. La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. Líquidos cuyas moléculas tengan fuerzas de atracción intermoleculares fuertes tendrán tensión superficial elevada. [1]

La tensión superficial se define en general como la fuerza que hace la superficie dividida por la longitud del borde de esa superficie.

[pic 2]

La tensión superficial junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies de los sólidos que están en contacto con ellos, hace que se presente la capilaridad, esto sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido. Esto causa que el menisco tenga una forma cóncava cuando el líquido está en contacto con una superficie vertical. En el caso de un tubo delgado, éste succiona un líquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Entre algunos materiales, como el mercurio y el vidrio, las fuerzas intermoleculares del líquido exceden a las existentes entre el líquido y el sólido, por lo que se forma un menisco convexo y la capilaridad trabaja en sentido inverso.

[pic 3]

La ley de Jurin define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad.[2]

La altura h de una columna líquida está dada por:

[pic 4]

1. LISTA DE MATERIALES

• Mercurio
• Vaso precipitado
• Agua de grifo
• Bayetilla o trapo de algodón
• Tubo capilar

1.  DESARROLLO PROCEDIMENTAL

En primer lugar se tomó la masa del capilar,  registramos datos; posteriormente con la ayuda de una jeringa introducimos una columna de mercurio dentro del capilar, seguido, tomamos la longitud del mercurio contenido, pesamos nuevamente y lo llevamos a una tabla de datos. Este proceso se repite para los tres capilares trabajados.

Se vierte agua en un recipiente y registramos su temperatura, sumergimos el capilar limpio de forma perpendicular en el agua, lo extraemos suavemente y lo tapamos en el momento que se encuentre cerca de salir de la superficie, lo retiramos y tomamos la altura de la columna. Repetimos el proceso 5 veces con cada capilar

Para calcular la masa del mercurio pesamos el capilar vacío, luego el mismo capilar con mercurio y se realizó su diferencia. En la tabla 1 registramos los datos medidos y la masa calculada.

Ejemplo, tomamos los valores para el capilar 1:

[pic 5]

[pic 6]

Tabla 1. Masas del sistema

A partir de la ecuación de densidad calculamos el volumen del mercurio de la siguiente manera:

[pic 7][pic 8]                                 (¿)

Donde m es la masa del mercurio y ρ la densidad del mercurio.

En este caso, sabemos que la densidad del mercurio es 13600 kg/m^3. Entonces para el primer capilar se tiene que:

[pic 9]

De la ecuación ---- podemos despejar el radio del capilar así:

[pic 10][pic 11]                               (¿)

Tomando los valores para el primer capilar obtenemos:

[pic 12]

[pic 13]

En la siguiente tabla se encuentran los valores calculados de volumen de Mercurio y radio para cada capilar con las dos ecuaciones anteriores.

Tabla 2. Medidas capilar

Para el segundo procedimiento se tomó la temperatura y las alturas de cada capilar 5 veces. En la siguiente tabla se encuentran estos valores junto con su promedio.

...