Informe 5 Tension Superficial

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INTRODUCCION

En el siguiente informe analizaremos el coeficiente de tensión superficial de dos líquidos (agua y alcohol), para ello se utilizará el método clásico de Rayleigh, este consiste en el análisis de la dinámica de formación de una gota deprendida de una bureta de radio R.

En física se denomina tensión superficial de un líquido a la fuerza espacial entre un espacio de otro, según su fuerza superficial.1 Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, poder desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial 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.

Al finalizar la práctica, se demostró que el coeficiente de tensión superficial varía respecto a la temperatura del líquido. Los datos y cálculos que tomamos serán detallados a medida avance en el informe.

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OBJETIVOS

 Determinar el coeficiente de tensión superficial de los líquidos, utilizando el método de Rayleigh.

 Hallar la relación que hay entre tensión superficial y temperatura.

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 Soporte universal

 1 bureta

 Vaso de precipitados

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 Agua, alcohol, ron

MARCO TEORICO

Tensión Superficial

Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las moléculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido.

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Las fuerzas cohesivas entre las moléculas dentro de un líquido, están compartidas con todos los átomos vecinos. Las de la superficie, no tienen átomos por encima y presentan fuerzas atractivas más fuertes sobre sus vecinas próximas de la superficie. Esta mejora de las fuerzas de atracción intermoleculares en la superficie, se llama tensión superficial.

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, tomará 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 alcanzará 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:

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Dónde:

m es la masa de la gota

R es el radio externo de la punta de la bureta 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. Rectificó las constantes y llegó a la ecuación:

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:

Por lo tanto se encuentra que:

PROCEDIMIENTO

Montaje 1

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2. Se midió la temperatura del líquido del interior de la bureta.

3. Utilizamos el vaso Beaker como depósito de descarga del líquido de la bureta.

4. El volumen de referencia fue de 5 ml.

5. Se contó el número de gotas de la porción de líquido entre los niveles de referencia.

6. Se repitió este procedimiento 5 veces.

7. Los datos se anotaron en las siguientes tablas.

Tabla 1: Datos experimentales para el coeficiente de tensión superficial del agua a T ambiente.

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Temperatura inicial del agua : T = 22.8 ° C LIQUIDO H2O ρ (g/cm3 ) V (ml) N (¿gotas) masa (g) 1 0.92 5 119 4.46 2 0.91 5 120 4.42 3 0.93 5 118 4.47 4 0.85 5 123 4.5 5 0.88 5 121 4.6 Promedio 0.898 5 120.2 4.49 Error total 0.102 0.05 - 0.5082 X ± ∆ X 0.898 ±0.102 5 ±0.05 - 4.49 ± 0.5082 α (N /m) (7.0133 ±0.1782)× 10 −2

Tabla 2: Datos experimentales para el coeficiente de tensión superficial del alcohol a T ambiente.

Temperatura del ambiente : T = 26 ° C Temperatura inicial del alcohol : T = 26 ° C

LIQUIDO ALCOHOL ρ V N masa Datos: Gravedad (m/s2) 9.81 Radio (mm) 1.375± 0.349

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(g/cm3) (ml) (¿gotas) (g) 1 0.82 5 290 4.1 2 0.78 5 295 3.9 3 0.84 5 294 4.2 4 0.76 5 293 3.8 5 0.78 5 292 3.9 Promedio 0.796 5 292.8 3.98 Error total 0.1095 0.05 - 0.5464 X ± ∆ X 0.796 ± 0.1095 5 ±0.05 - 3.98 ±0.5464 α (N /m) (2.5520 ±0.3519)×10 −2 Datos teóricos:

Temperatura del ambiente : T = 26 ° C Temperatura inicial del agua : T = 25 ° C LIQUIDO

RON

ρ (g/cm3) V (ml) N (¿gotas) masa (g) Datos: Gravedad (m/s2 ) 9.81 Radio (mm) 1.375± 0.349

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1 0.982 5 260 4.91 2 0.978 5 263 4.89 3 0.988 5 259 4.94 4 0.986 5 260 4.93 5 0.984 5 261 4.92 Promedio 0.9836 5 260.6 4.918 Error total 0.0996 0.05 - 0.0562 X ± ∆ X 0.9836 ± 0.099 5 ±0.05 - 4.49 ± 0.0562 α (N /m) (2.49 ±0.632)× 10 −2

Tabla 3: Datos experimentales para el coeficiente de tensión superficial del ron a T ambiente.

Datos teóricos

Temperatura del ambiente : T = 26 ° C Temperatura inicial del agua : T = 50 ° C

LIQUIDO

AGUA

ρ V N masa Datos: Gravedad (m/s2) 9.81 Radio (mm) 1.375± 0.349

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(g/cm3 ) (ml) (¿gotas) (g) 1 0.998 5 138 4.99 2 0.999 5 140 4.995 3 0.999 5 140 4.995 4 0.997 5 139 4.985 5 0.997 5 142 4.985 Promedio 0.998 5 139.8 4.99 Error total 0.052 0.05 - 0.052 X ± ∆ X 0.998 ±0.052 5 ±0.05 - 4.99 ± 0.052 α (N /m) (6.69 ±0.750)×10 −2

Tabla 4: Datos experimentales para el coeficiente de tensión superficial del agua a 50°C. Datos teóricos:

Porcentaje de error:

H2O ALCOHOL Datos: Gravedad (m/s2 ) 9.81 Radio (mm) 1.375± 0.349

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Ep=|valor teorico−valor experimental| valor teorico × 100

%Error porcentual=|0.073−0.0701|

0.073 × 100

%Error porcentual=3.97

Ep=|valor teorico−valor experimental| valor teorico × 100

%Error porcentual=|0.02−0.025520| 0.02 × 100 %Error porcentual=27.6

RON H2O a 50 °C

Ep=|valor teorico−valor experimental| valor teorico × 100

%Error porcentual=|0.0228−0.0249|

0.0228 ×100

%Error porcentual=9.2

Ep=|valor teorico−valor experimental| valor teorico × 100

%Error porcentual=|0.06791−0.0669| 0.06791 × 100

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CONCLUSIONES

 De la experiencia realizada se concluye que el coeficiente de tensión superficial depende de la temperatura de manera inversa, ya que disminuye a medida que aumenta la temperatura.

 Se concluye que él tiene mayor coeficiente de tensión superficial que el alcohol y el ron y otros líquidos, esto debido a que las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de agua representan alta energía por la existencia de los enlace puente de hidrógeno (EPH).

 También se concluye que el fenómeno de tensión superficial está muy presente en nuestra vida cotidiana, este fenómeno explica muchos fenómenos característicos de los líquidos, como la formación de gotas cuando el líquido sale a través de orificios pequeños, la formación de espuma, etc.

 Se puede concluir que debido a la tensión superficial las moléculas de los líquidos se atraen unas a otras por tanto las que se encuentran en la superficie estarán atraídas a las del interior así también serán atraídas por las moléculas del recipiente que los contiene.

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RECOMENDACIONES Y SUGERENCIAS

 Para la experiencia realizada se recomienda siempre al tomar datos, tomar la mayor cantidad de veces para disminuir los errores.

 También es necesario al momento de dejar caer líquido de la bureta regular la caída de éste para poder contar mejor el número de gotas para el volumen elegido.

 Se recomienda que al momento de tomar los valores de la fuerza de tensión superficial de la gráfica se tomen no sólo los máximos valores si no que donde la fuerza no varíe significativamente.

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Tensión Superficial del Agua

La tensión superficial del agua es 72 dinas/cm a 25°C. Sería necesaria una fuerza de 72 dinas para romper una película de agua de 1 cm. de larga. La tensión superficial del agua, disminuye significativamente con la temperatura, según se muestra en el gráfico. La tensión superficial, proviene de la naturaleza polar de las moléculas de agua.

El agua caliente es un agente de limpieza mejor, porque la menor tensión superficial, la hace mejorar como "agente de mojado", penetrando con más facilidad en los poros y fisuras. Los detergentes y jabones bajan aún más la tensión superficial.

Datos de tensión superficial a 20°c:

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

La tensión superficial se encuentra relacionada con:  El poder del jabón para limpiar.

 Formación de espumas.

 Los insectos pueden permanecer suspendidos sobre el agua.

 La capilaridad, fenómeno que permite a las plantas llevar agua desde las raíces hasta la parte más alta del tallo.

 El hecho que se moje una tela normal, pero no una impermeable.  La forma esférica de las gotas de un líquido.

BIBLIOGRAFIA

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 Rojas Saldaña, Ausberto “Física” Tomo II. Ed. San Marcos 2002.

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