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TENSIÓN SUPERFICIAL
Fecha: 19/11/
1. Objetivo de la práctica
Medir la tensión superficial del agua y de una disolución jabonosa. Variación de la tensión superficial con la temperatura.
2. Material
Dinamómetro de 0,1 N (0,002 N de resolución) con soporte Plataforma elevadora Vaso-calorímetro. Agua y solución jabonosa Anillo de metal ligero con hilos de soporte (2 Rext 2 Rint = 60,00,1 mm) Termómetro Para uso compartido con otras prácticas equivalentes:
- Termo de agua caliente y/o generador de vapor de agua
- Balanza electrónica
Laboratorio de Física
Grado en Biología
Dinamómetro
Termómetro
Anillo de metal
Calorímetro
Plataforma elevadora
Generador de vapor de agua
3. Teoría
Debido a la naturaleza de las fuerzas entre moléculas, la superficie que separa un líquido de otra substancia cualquiera (el aire, otro líquido diferente, una vasija de vidrio, etc.) es una superficie límite peculiar. Las moléculas de la superficie del líqui- do son atraídas con menor fuerza por el aire (por ejemplo) que por el líquido y como consecuencia cuesta una cierta energía aumentar la superficie del líquido en contac- to con el aire. Por ejemplo, si se coloca una aguja limpia sobre la superficie del agua en una vasija, se produce una ligera depresión en la superficie del agua y la aguja queda “flotando” a pesar de que su densidad es casi 10 veces superior a la del agua. La superficie del agua parece comportarse como una membrana que se resiste a aumentar su superficie, a ser penetrada. Aunque el comportamiento es muy diferen- te al de una membrana elástica en la que la tensión varía con la deformación, los bordes de la superficie del líquido están sometidos a una tensión superficial constan- te procedente de la atracción molecular. Las fuerzas que se oponen a que las molé- culas del líquido se separen se denominan de cohesión. El valor de esta tensión superficial se puede medir por diferentes métodos. Aquí se va a emplear el método sencillo del anillo, o método de Nouy , que se ilustra en la Fig. 1. Consiste en medir con un dinamómetro la fuerza necesaria para extraer del agua un anillo sumergido en ella. Dentro del agua, el dinamómetro medirá el pe- so del anillo menos el del agua desalojada; fuera del agua medirá el peso del anillo; y justo antes de desprenderse del agua medirá la suma del peso y la fuerza debida a la tensión superficial. Como el anillo está en contacto con el agua tanto por su cara exterior como por la interior, la longitud total será Ltot = 2( Rint + Rext ) = 4 R (^) med , siendo Rint , Rext , R (^) med los radios interior, exterior y medio respectivamente del anillo. La ten-
sión superficial s producirá una fuerza
f = s · Ltot = 4 R med s (1)
Midiendo la fuerza f y el radio medio del anillo se puede determinar la magnitud de s
que tiene dimensiones de fuerza por unidad de longitud.
PRECAUCION DE SEGURIDAD PERSONAL: En esta práctica se maneja agua muy caliente con temperaturas próximas a 100ºC. Si se trabaja de manera descuidada o imprudente se pueden producir quemaduras serias.
- Para estudiar la variación de la tensión superficial del agua con la temperatura, se pueden hacer las medidas como en la sección 5.1., teniendo en cuenta que el enfriamiento del agua se produce lentamente. Es decir, supondremos que la temperatura durante una medida es casi constante. Ahora se realizará sólo una medida (en vez de cinco) a cada temperatura para que no afecte el descenso lento de la misma durante la medida. La medida se anota en la Tabla 2.
- Cuando la temperatura del agua haya bajado 5ºC, se vuelve a repetir la medi- da. Y así sucesivamente para cada descenso de 5ºC, hasta las proximidades de temperatura ambiente, anotándose las medidas en la Tabla 2.
4. Se representan gráficamente los valores de s frente a T , y se determina la
pendiente, visualmente y por mínimos cuadrados, para obtener el coeficiente de variación con la temperatura y su error.
Bibliografía
- F. Cussó, C. López y R. Villar, Física de los procesos biológicos , Cap. 15 Fe- nómenos de superficie y disoluciones. Entornos con fricción. Ariel Ciencia (2004).
- D. C. Giancoli, Física. Principios con aplicaciones , Volumen 1. Ed. Pearson Educación (2006).
Tensión superficial,
Tabla 1.
Anotaciones de fuerzas con el anillo (Precis. dinamómetro:
N)
Medida
1
2
3
4
5
media
error
Fan
, N Fan,ag
, N f , N ag , N/m sa Fan,so
, N f , N so , N/m ss
Tabla 2.
Variación con la temperatura
(Precis. dinamómetro:
N; precis. termómetro:
ºC
T , ºC
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
Fan
, N Fan,ag
, N f , N ag , N/m sa
