Tension superficial

-10TENSIÓN SUPERFICIAL DE UN LÍQUIDO
OBJETIVO.
• Determinación del coeficiente de tensión superficial de un líquido problema calibrando previamente el sistema a través de la medida de la tensión superficial del agua.

MATERIAL.
• Balanza de Searle. • Caja de pesas de masas conocidas. • Liquido problema. • Agua destilada • Vidrio de reloj. • Lámina de vidrio de dimensiones conocidas.FUNDAMENTO TEÓRICO.
Las partículas que están en la capa superficial de un líquido poseen exceso de energía con relación a las que están en el interior. En efecto dentro del líquido, cada partícula está rodeada por vecinas próximas que ejercen sobre ella fuerzas intermoleculares de cohesión. Por simetría estas fuerzas se ejercen en todos sentidos y direcciones por lo que la resultante es nula. Sinembargo las partículas de líquido en la superficie se encuentran rodeadas por arriba por otro tipo de moléculas. Cuando en el exterior existe un gas, la interacción entre ellas y las del líquido es despreciable, por ser muy pequeña la concentración de partículas en un gas, y existe una fuerza neta dirigida hacia el interior del líquido que se opone a que las moléculas superficiales de líquido seescapen de su superficie. Esta fuerza lleva asociado un trabajo, que sería el necesario para arrancar una molécula superficial, y por tanto una energía. Si consideramos el conjunto de todas las moléculas superficiales existe una diferencia de energía entre esta situación y la que tendrían si estuvieran dentro del liquido. Esta energía es proporcional al área S de la superficie libre del líquido.

U=σS

(1)

donde σ es el coeficiente de tensión superficial del líquido que depende de la naturaleza de los medios en contacto y de su estado. Si producimos un aumento en la superficie del líquido la energía superficial variará en : d U = σ dS (2) Ahora bien, la superficie del líquido tiende a la menor energía posible, por lo que se opone a este aumento. Si la superficie ha aumentado en ladirección x, el módulo de esta fuerza será :

10-1

F= -

dU dS = −σ dx dx

(3)

Si las dimensiones lineales de la superficie del líquido son l y x se tiene : F = −σ ⋅ l y por tanto el coeficiente de tensión superficial σ es : (4)

σ=

F l

(5)

Si situamos un sólido sobre la superficie de un líquido, la tendencia del líquido a disminuir su superficie lleva a que en el límite entrela película superficial y el sólido surjan las fuerzas de tensión superficial, dadas en las expresiones anteriores. Estas fuerzas son tangentes a la superficie y dirigidas hacia el interior del líquido. MÉTODO. La expresión (5) nos indica un procedimiento para medir el coeficiente de tensión superficial de un líquido, sin más que colocar una lámina de algún material sobre la superficie y medir lafuerza que ésta ejerce cuando intentamos separarla. Esta fuerza la mediremos por medio de la balanza de Searle. El modo de operación de esta balanza está basado en el momento recuperador que se origina en un alambre fino cuando se provoca en él una deformación por torsión. Este alambre está situado en la parte superior de la balanza sujeto por dos tornillos y está a la vista. La balanza tienetambién un platillo y una plataforma. La plataforma es desplazable en sentido vertical por medio de un tornillo solidario. Del gancho de la balanza cuelga un vidrio de pequeño espesor cuyas dimensiones (espesor, a, y longitud , b) se dan como datos en la parte superior de la balanza. 1). Medida del coeficiente de tensión superficial del agua destilada. Determinación del error sistemático por medio de lacalibración. El error sistemático que puede tener un sistema experimental está relacionado con los que tengan cada uno de sus componentes. Muchas veces estos errores sistemáticos son difícilmente evaluables por lo que se recurre, cuando se puede, a realizar una calibración del sistema. Si un aparato sirve para determinar una magnitud de una sustancia (por ejemplo, masa, densidad, calor...