INTRODUCCIÓN

El presente informe tiene por objetivo describir los fenómenos de

capilaridad y tensión superficial de los líquidos, dichos fenómenos tienen

aplicación en la industria, como en la naturaleza.

La temperatura como la naturaleza de los medios que limitan entre si,

influyen en el valor del coeficiente de la tensión superficial, es decir, a medida que

la temperatura aumenta, el coeficiente de tensión superficial disminuye y

viceversa.

EL COEFICIENTE DE TENSIÓN SUPERFICIAL

(Método de Rayleigh)

OBJETIVO

Tener claridad del fenómeno físico, denominado tensión superficial, donde

determinaremos el coeficiente de tensión superficial de ciertos líquidos, según al

método de Rayleigh.

MATERIALES

- Vernier o regla

- Termómetro hasta 100° C

- Densímetro

- Vaso de pirex.

- Capilar

- Líquidos (agua, ron, alcohol)

FUNDAMENTO TEÓRICO

TENSIÓN SUPERFICIAL

Un líquido que fluye lentamente por el extremo de un cuenta gotas

medicinal no lo hace en forma de chorro continuo; sino con una sucesión de gotas.

Una aguja de coser, colocada cuidadosamente sobre la superficie una pequeña

depresión y permanece en reposo sin hundirse, aunque su densidad sea 10 veces

mayor que la de agua. Cuando un tubo limpio de vidrio, de pequeño calibre, se

introduce en el agua, esta asciende por el tubo, pero si se sumerge en mercurio

desciende. Todos estos fenómeno y muchos otros de naturaleza similar están

asociada con la existencia de una superficie limitada entre un líquido y cualquier

otra sustancia.

Todos los fenómenos superficiales que la superficie de un líquido puede

considerarse un estado de esfuerzo tal que, si se considera cualquier línea situada

sobre ella o que la limite, la sustancia que se encuentra a un lado cualquiera de

dicha línea ejerce una tracción sobre la sustancia situada al otro lado. Esta

tracción se ejerce en el plano de la superficie y es perpendicular a la línea.

La tensión superficial en la película se define como la razón de la fuerza

superficial a la longitud (perpendicular a la fuerza) a lo largo de la cual actúa. Por

tanto, en este caso.

La unidad SI de tensión superficial es el Newton por metro (1N.m-1) aunque

esta unidad no es de uso común; la unidad es la del sistema cgs, la dina por

centímetro (1 din.cm-1). El factor de conversión es:

1N.m-1 = 1000 din.cm-1

TABLA DE VALORES DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL

Líquido en contacto

con el aire

Temperatura

Cº

Tensión superficial

din. cm-1

Aceite de oliva

Agua

Agua

Agua

Alcohol etílico

Agua

Benceno

Glicerina

Mercurio

20

0

20

60

20

100

20

20

20

32.0

76.6

72.8

66.2

22.3

58.9

28.9

63.1

465

La tensión de un líquido en contacto con su propio vapor o con el aire

depende sólo de la naturaleza del líquido y de la temperatura. Normalmente, la

tensión superficial disminuye al aumentar la temperatura. Los valores de tabla

confirman este comportamiento para el agua.

Una superficie sometida a tensión tiende a contraerse hasta ocupar el área

mínima se compatible con los límites de la superficie y con las diferencias de

presiones en las caras opuestas de la misma. Por ejemplo, una gota de líquido no

sometida a fuerzas externas, o en caída libre en el vacío tiene siempre forma

esférica porque, para un volumen dado, la esfera tiene menor área que cualquier

otra forma geométrica.

CAPILARIDAD

Elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto

con un sólido, por ejemplo, en las paredes de un tubo. Este fenómeno es una

excepción a la ley hidrostática de los vasos comunicantes, según la cual una masa

de líquido tiene el mismo nivel en todos los puntos; el efecto se produce de forma

más marcada en tubos capilares (del latín capillus, 'pelo', 'cabello'), es decir, tubos

de diámetro muy pequeño.

La capilaridad, o acción capilar, depende de las fuerzas creadas por la

tensión superficial y por el mojado de las paredes del tubo.

Si las fuerzas de adhesión del líquido al sólido (mojado) superan a las

fuerzas de cohesión dentro del líquido (tensión superficial), la superficie del líquido

será cóncava y el líquido subirá por el tubo, es decir, ascenderá por encima del

nivel hidrostático. Este efecto ocurre por ejemplo con agua en tubos de vidrio

limpios. Si las fuerzas de cohesión superan a las fuerzas de adhesión, la superficie

del líquido será convexa y el líquido caerá por debajo del nivel hidrostático. Así

sucede por ejemplo con agua en tubos de vidrio grasientos (donde la adhesión es

pequeña) o con mercurio en tubos de vidrio limpios (donde la cohesión es grande).

La absorción de agua por una esponja y la ascensión de la cera fundida por

el pabilo de una vela son ejemplos familiares de ascensión capilar. El agua sube

por la tierra debido en parte a la capilaridad, y algunos instrumentos de escritura

como la pluma estilográfica (fuente) o el rotulador (plumón) se basan en este

principio.

CapilaridadLa capilaridad de los líquidos se debe a que la atracción de sus

moléculas por la superficie con la que están en contacto (adhesión) es

mayor o menor que la atracción que experimentan entre ellas mismas

(cohesión). Las moléculas de agua, por ejemplo, se atraen menos entre sí

de lo que son atraídas por el vidrio, por lo que el agua asciende por un tubo

de vidrio delgado sumergido en un recipiente con agua. Las moléculas de

mercurio, en cambio, se atraen más entre sí de lo que atraen al vidrio, por

lo que el mercurio baja por un tubo de vidrio delgado sumergido en un

recipiente con mercurio.

(1)

(2)

En la formación de las gotas podemos partir del análisis de la dinámica

presente en la formación de la gota que se desprende de un tubo cilíndrico,

de radio R y que el liquido tiene un coeficiente de tensión superficial “a”.

Mientras la gota no se ha desprendido, ella toma una forma tal, que la

componente vertical de la fuerza de tensión superficial equilibra con el peso

de la gota. La componente vertical de la fuerza de tensión superficial

alcanza su valor máximo en el instante justamente antes de que se

desprenda la gota, en el momento de desprenderse se sujeta a la

condición.

T = a . l

T – W = 0

a . l = mL . g

a . 2πr = ρL . r2 . h . g

a = ρL. r . h . g 2

donde:

a = coeficiente de tensión superficial del líquido

m = masa del líquido

r = radio de la punta del capilar

ρL = densidad del líquido

g = gravedad

h = altura que llega el líquido en el capilar

l = perímetro de la punta del capilar (2πr)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. en un vaso precipitado echamos 400ml de agua

2. medimos el radio de la punta del capilar

3. medimos la densidad del liquido con un densímetro.

4. luego sumergimos verticalmente un capilar; levantamos, limpiamos y lo

colocamos horizontalmente, para luego medir la longitud o la altura (h) que

llego el agua en el capilar.

5. calculamos 5 veces la altura que llega el agua y sacamos un promedio; lo

mismo hacemos con el radio.

6. luego hacemos nuestras respectivas anotaciones para calcular la tensión.

7. repetimos los pasos anteriores para otro liquido (ron, alcohol)

RON AGUA ALCOHOL

capilarVaso

precipitado

capilar

DATOS Y RESULTADOS:

Hallando el coeficiente de tensión superficial (a): con la ec. (2)

H 2O:

a H2O = 1 g/cm3. 0.05cm . 3.09cm . 978cm/s2

2

a H2O = 75.79 g/s2

Alcohol:

a alcohol = 0.88g/cm3. 0.05cm . 1.588cm . 978cm/s2

2

a alcohol = 34.17 g/s2

Ron:

a ron = 0.875g/cm3. 0.05cm . 1.66cm . 978cm/s2

2

a ron = 35.51 g/s2

Hallando la tensión (T): con la ec. (1)

H2O:

T H2O = 75.79 g/s2 . 2(3.14). 0.05cm

T H2O = 23.79 g.cm/s2

T H2O = 23.79 g .cm x 1Kg x 1m = 2.379 x 10-4 N s2 1000g 100cm

Alcohol:

T alcohol = 34.17 g/s2 . 2(3.14). 0.05cm

T alcohol = 10.72 g.cm/s2

T alcohol = 10.72 g .cm x 1Kg x 1m = 1.072 x 10-4 N s2 1000g 100cm

Ron:

T ron = 35.51 g/s2 . 2(3.14). 0.05cm

T ron = 10.15 g.cm/s2

T ron = 10.15 g .cm x 1Kg x 1m = 1.015 x 10-4 N s2 1000g 100cm

TABLA

LiquidoN°

H2O Alcohol Ron a H2O

(g/s2)a Alcohol

(g/s2)a Ron

(g/s2)ρ(g/cm3)

h(cm)

r(cm)

ρ(g/cm3)

h(cm)

r(cm)

ρ(g/cm3)

h(cm)

r(cm)

1 1 3.1 0.05 0.88 1.5 0.05 0.875 1.6 0.05 75.79 32.27 34.23

2 1 3.15 0.05 0.88 1.6 0.05 0.875 1.6 0.05 77.02 34.42 34.23

3 1 2.9 0.05 0.88 1.55 0.05 0.875 1.7 0.05 70.90 33.34 36.36

4 1 3.2 0.05 0.88 1.68 0.05 0.875 1.68 0.05 78.24 36.14 35.94

5 1 3.1 0.05 0.88 1.61 0.05 0.875 1.5 0.05 75.79 34.64 32.09

1 3.09 0.05 0.88 1.588 0.05 0.875 1.66 0.05 75.55 34.17 35.51

CONCLUSIONES:

Concretamente, la tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud

de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas

superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una

sobre otra.

La tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una

atracción no compensada hacia el interior del líquido sobre las

moléculas individuales de la superficie.

La tensión superficial es importante en condiciones de ingravidez; en los

vuelos espaciales, los líquidos no pueden guardarse en recipientes

abiertos porque ascienden por las paredes de los recipientes.

Se puede llegar a la conclusión que en la Tensión Superficial existen

fuerzas las cuales tienen sus componentes, en éste caso la componente

vertical alcanza su valor máximo justo un instante antes de que se

desprenda la gota de la punta de la bureta.

La temperatura como la naturaleza de los medios que limitan entre si,

influyen en el valor del coeficiente de la tensión superficial, es decir, a

medida que la temperatura aumenta, el coeficiente de tensión superficial

disminuye y viceversa.

La densidad y la gravedad son propiedades que intervienen para poder

hallar el coeficiente de tensión superficial.

Si no existiera la tensión superficial, los fenómenos de capilaridad no se

dieran, ya que la tensión superficial en los líquidos hace que éstos

tengan un comportamiento particular dependiendo del líquido, cuando

se encuentran en un capilar.

RECOMENDACIONES:

Coger con mucho cuidado el capilar ya que es un instrumento muy

frágil.

Tener los materiales y el área de trabajo limpio, evitando recargar su

sitio con material innecesario.

Tener siempre su texto de consulta, estar atento, observar y pensar en

lo que se va a realizar en la practica.

Al ingresar al laboratorio a realizar las experiencias tener presente que

es un lugar de TRABAJO que demanda mucha atención, orden y

responsabilidad.

No se debe realizar ninguna experiencia sin comprender bien la finalidad

del experimento, antes de entrar a realizar su experimento del

laboratorio debe estar perfectamente enterado de lo que se tiene que

hacer y observar cualquier precaución en general.

BIBLIOGRAFÍA

FÍSICA – J. Gómez F.

FÍSICA I – Alonso-Finn

Biblioteca de consulta Microsoft Encarta 2003

Manual de Laboratorio de Física General – Departamento Académico de

Física (UNMSM)

CUESTIONARIO

1. ¿Influye la tensión superficial en los fenómenos capilares? Explique.

Un fenómeno importante originado por la tensión superficial es la

elevación de un líquido en un tubo abierto de pequeña sección. El término

capilaridad, utilizado para describir fenómenos de este tipo, procede de

llamar "capilares" a tales tubos, o "análogos a cabellos". En el caso de un

líquido que moja al tubo, el ángulo de contacto es menor que 90 y el líquido

sube hasta alcanzar una altura de equilibrio y, la superficie curva del líquido

en el tubo se denomina menisco.

La capilaridad es muy importante en diversos procesos vitales, un

ejemplo familiar es la elevación del agua desde la raíces de las plantas a

las hojas, debida en parte a la capilaridad y en parte a la presión osmótica

producida por las raíces.

2. ¿Depende la tensión superficial de la temperatura? Explique.

El coeficiente de la tensión superficial depende de la naturaleza de

los medios que limitan entre si y la temperatura, se expresa en Newton por

metros (N/m).

A medida que se eleva la temperatura, la diferencia entre el líquido y

su vapor saturado va desapareciendo poco a poco y la temperatura crítica

desaparece totalmente. Respectivamente el coeficiente de tensión

superficial para el límite "líquido-vapor saturado" disminuye al elevarse la

temperatura y se anula a la temperatura crítica.

3. ¿Cuándo "a" será igual a cero?

La tensión superficial de un líquido disminuye conforme aumenta la

temperatura y se hace muy pequeña unos cuantos grados por debajo de la

temperatura crítica. Es de cero a la temperatura crítica.

4. El coeficiente de tensión superficial ¿Cómo depende de la densidad?

El coeficiente de tensión superficial depende de la densidad; va

depender de la forma de caigan las gotas (lento - rápido), de menor o de

mayor densidad y la relación se da a mayor densidad, mayor tensión

superficial, además la capilaridad es proporcional a la tensión superficial y

la capilaridad es inversamente proporcional a la densidad.

5. ¿Cómo está relacionado el coeficiente de tensión superficial con la

viscosidad?

Se llama viscosidad o frotamiento interno, a la resistencia

experimentada por una porción de un líquido cuando se desliza sobre otra,

y la tensión superficial de líquidos es la fuerza de borde de la película que

se opone a la expansión de la superficie.

La relación esta dada por la fuerza con que el líquido se desplaza

hacia abajo es decir la tensión superficial depende de la viscosidad del

líquido y estos a la vez va a depender de la densidad.

6. De cinco ejemplo de aplicación práctica del fenómeno de tensión

superficial, en el campo de la ciencia y la tecnología.

- Un bucle de hilo está sujeto a un anillo de alambre, según se indica.

Cuando el anillo y el hilo se introducen en una solución jabonosa y se

sacan, se forma una delgada película de líquido en la que el hilo "flota"

libremente. Si se pincha el interior del bucle de hilo, éste toma forma

circular, como si las superficies del líquido tiraran radialmente hacia afuera.

- Algunos líquidos como el agua mojan las paredes de un tubo capilar de

vidrio, mientras que otros como el mercurio no se adhieren. Cuando un

líquido moja el tubo, el líquido adherido a las paredes va arrastrando al

cuerpo del líquido hacia arriba. Pero, cuando el líquido no se adhiere, éste

es empujado hacia abajo. En el primer caso la superficie libre del líquido es

cóncava, mientras que en el segundo caso es convexa.

- Una hojita de afeitar o una aguja si se coloca con precaución sobre el agua

estos flotan, la condición para que flote es peso específico menor que el

líquido sin embargo que la del acero es mayor que la del agua.

- Flotación de minerales atomizados.

- El poder limpiador del jabón y otros detergentes producen grandes cambios

en la superficie del líquido, donde las partículas de grasa o suciedad de

carácter no polar, no atraviesan la superficie del agua pura.