fii 05 tension superficial (1)
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LABORATORIO DE FÍSICA II 10ª Edición DAFI – FCF – UNMSM
1EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL
LIMA – PERÚ2015
PROFESOR: Calvo
CURSO: Física II
HORARIO: Sábado 12:00 – 14:00 h
FECHA DE CLASE: 09/10/15
FECHA DE ENTREGA: /05/15
INTEGRANTES:
Curasma Taype, Teonila Kely 141715 14170105
EXPERIENCIA N°5:TENSIÓN SUPERFICIAL
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
(Universidad Del Perú, DECANA DE AMÉRICA)FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
Laboratorio de Física II
LABORATORIO DE FÍSICA II 10ª Edición DAFI – FCF – UNMSM
2EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL
Dado que las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de agua se deben a los enlaces de hidrógeno y éstos representan una alta energía, la tensión superficial del agua es mayor que la de muchos otros líquidos.
I. OBJETIVO
Determinar el coeficiente de tensión superficial de los líquidos, utilizando el método de Rayleigh (clásico) y mediante el uso de un equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit).
II. EQUIPOS / MATERIALES
Método Rayleigh (Clásico)
1 Soporte universal 1 Clamp1 Bureta, medir diámetro externo 1 Termómetro1 Vaso de precipitados Líquidos: agua, alcohol, ron
Equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit)
1 Aro de medida de tensión superficial, 1 Varilla de 25 cm de diámetro promedio 19.5 mm. 1 Clamp
1 PC con Windows XP/Windows 98. 1 Plataforma de elevación vertical 1 Cobra3 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 conexión 1 Sensor Newton 1 Trípode Base1 Cronómetro
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 líquido, como se ilustra en la
TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07
Figura 1
TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07
TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07
TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07
TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07
TENSIÓN SUPERFICIALEXPERIENCIA N° 07
Figura 1Figura 1Figura 1Figura 1Figura 1
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3EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL
figura 1.
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4EXP. N° 05 – 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 ; 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:
(1)
Donde: m es la masa de la gota,R es el radio externo de la punta de la bureta, y es el coeficiente de tensión superficial de líquido.
Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma esférica.
(2)
A partir de la ecuación (1) se podría determinar , 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 . Rectificó las constantes y llegó a la ecuación:
(3)
Considerando un líquido de volumen V, de densidad , y que en él hay un número N de gotas, la masa de cada gota será:
(4)
Por lo tanto se encuentra que:
(5)
R 19
5 mg
R
N 19 5 V g
mg 2 R
m V
N
R
2
mg
1
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IV. PROCEDIMIENTO
MONTAJE 1 – Método de Rayleigh Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la figura 2. 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)
Tabla 1
A temperatura ambiente: T = ………
Líquido
H2O Alcohol Marque: Ron / Mezcla
(g/c
m3)
V
(ml)
N(gotas)
(g/cm3)
V
(ml)
N(gotas)
(g/cm3)
V
(ml)
N(
gotas)
1 1.106 2 43 0.846 2 108 0.888 2 102
2 1.106 2 43 0.846 2 113 0.888 2 103
3 1.106 2 42 0.846 2 115 0.888 2 107
4 1.106 2 42 0.846 2 113 0.888 2 109
5 1.106 2 43 0.846 2 110 0.888 2 107
Promedio
1.106 2 42.6 0.846 2 111.8 0.888 2 105.6
(dina/
cm)
± ± ±
Figura 2Figura 2Figura 2Figura 2
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APLICACION DE LA FORMULA
α=( 519
)( ρVN
)( gR)
CALCULANDO Hα 2o (dina/cm) Hα 2o 1 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/43)*100/0.05 = dina/cm Hα 2o 2 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/43)*100/0.05 = dina/cm Hα 2o 3 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/42)*100/0.05 = dina/cm Hα 2o 4 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/42)*100 0.05 = dina/cm Hα 2o 5 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/43)*100/0.05 = dina/cm
CALCULANDO Alcohol (dina/cm)α Alcohol 1 =((5/19)*( 0.846*1*9.79)/108)*100/0.05 = α dina/cm Alcohol 2 =((5/19)*( 0.846*1*9.79)/113)*100/0.05 = α dina/cm Alcohol 3 =((5/19)*( 0.846*1*9.79)/115)*100/0.05 = α dina/cm Alcohol 4 =((5/19)*( 0.846*1*9.79)/113)*100/0.05 = α dina/cm Alcohol 5 =((5/19)*( 0.846*1*9.79)/110)*100/0.05 = α dina/cm
CALCULANDO Ron (dina/cm)α Ron 1 =((5/19)*(0.888*2*9.79)/43)*100/0.05 = α dina/cm Ron 2 =((5/19)*(0.888*2*9.79)/43)*100/0.05 = α dina/cm Ron 3 =((5/19)*(0.888*2*9.79)/43)*100/0.05 = α dina/cm Ron 4 =((5/19)*(0.888*2*9.79)/43)*100/0.05 = α dina/cm Ron 5 =((5/19)*(0.888*2*9.79)/43)*100/0.05 = α dina/cm
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6. Ahora repita los pasos anteriores para T = 50°C y anote sus mediciones en la
Tabla 2
En baño María: T = 50 0C
Líquido
Alcohol(g/
ccm3)
V(ml)
N(gotas)
1 1.106 2 102
2 1.106 2 100
3 1.106 2 103
4 1.106 2 104
5 1.106 2 107
Promedio
1.106 2 103.2
Error Total
(dina/
cm)
±
CALCULANDO Hα 2o T = 50°C (dina/cm)
Hα 2o 1 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/102)*100/0.05 = dina/cm Hα 2o 2 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/100)*100/0.05 = dina/cm Hα 2o 3 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/103)*100/0.05 = dina/cm Hα 2o 4 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/104)*100/0.05 = dina/cm Hα 2o 5 =((5/19)*(1.106*2*9.79)/107)*100/0.05 = dina/cm
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8EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL
Equipo automatizado
Para incrementar el área de la superficie en un líquido en un ΔA, se debe realizar un trabajo ΔE.
ε = ΔE/ΔA (6)
Donde, ε es la energía superficial específica y es idéntica con la tensión superficial:
α = F/2l (7)La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de mantener la película líquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la longitud del borde es l = 2πr.
MONTAJE 2 – Método del anillo
Familiarícese con el equipo sensor de la unidad básica (Cobra3) y monte el diseño experimental de la figura 31. Vierta líquido en la cubeta Petric hasta la mitad.2. Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No
sumerja aún 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 (Figura 5 y 6).5. Evite cualquier movimiento en la mesa de trabajo, ya
que el sistema es altamente sensible.6. Inicie la medición en software menú.
Figura 3
30EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL
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7. Con la ayuda de la plataforma de elevación vertical, descienda cuidadosamente la cubeta Petric hasta que observe que la película de interface del líquido esté tensionada hasta el límite (figura4).
8. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 s.9. Al término de los 10s suba cuidadosamente cubeta Petric con la ayuda de la
plataforma de elevación.10. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces.11. Detenga la medición.
12. De la gráfica fuerza 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).
Valores promedio de la fuerza de tensión superficial
F 1 2 3 4 5 Promedio Error
EXPERIMENTO N° 05 TENSIÓN SUPERFICIAL
FECHA:
ALUMNO: MATRÍCULA: V.B
Figura 6Figura 5
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31EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL
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 metros.
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.
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?
V. CONCLUSIONES.
- En el experimento realizado acerca de TENSION SUPERFICIAL se pudo reconocer la
relación 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 tensión
superficial; además de esto pudimos ver que cuando se aumenta la temperatura a un
líquido este tiende a fluir de una manera más rápida.
- Notamos que al aumentar la temperatura se eleva el coeficiente de tensión superficial.
Esto sucede porque al elevar la temperatura el líquido se dilata y así su volumen se
incrementa lo que genera el aumento en el coeficiente de tensión superficial.
- Se reconoció la relación 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 tensión superficial.
- Se pudo demostrar que el fenómeno de tensión superficial está presente en nuestra
vida cotidiana, esta explica muchos fenómenos
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32EXP. N° 05 – TENSIÓN SUPERFICIAL
VI. RECOMENDACIONES.
- Antes de comenzar con la experiencia primero se debe de verificar que la bureta esté
limpia y seca antes de ingresar cualquier líquido para que los cálculos sean más
exactos
- En todo momento utilizar con mucho cuidado el vernier para medir el radio de la
bureta ya que lo podemos romper
- Girar suavemente la llave de la bureta para que el líquido caiga lentamente.
- Para tener una cuenta exacta de las gotas se recomienda grabar el goteo y luego
contar las gotas en la grabación en cámara lenta
- A la hora de utilizar el mechero, prenderlo con para calentar los líquidos.
- Asegurarse de haber apagado la válvula de gas antes de retirarse del laboratorio