Viscosidad

Laboratorio de Física, CC Físicas, UCM

Curso 2010/2011

-10TENSIÓN SUPERFICIAL DE UN LÍQUIDO
OBJETIVO
• Determinación del coeficiente de tensión superficial del agua calibrando previamente el
sistema por medio de la medida de la tensión superficial del alcohol etílico.

MATERIAL
• Balanza de Searle.
• Caja de pesas de masas conocidas.
• Alcohol etílico.
• Agua destilada
• Vidrio dereloj.
• Anillo metálico de dimensiones conocidas.

FUNDAMENTO TEÓRICO
Se denomina tensión superficial a la propiedad física por la cual la superficie de un
líquido tiende a comportarse como si fuera una película elástica muy delgada.
A nivel microscópico, las moléculas que están en la superficie de un líquido poseen
un exceso de energía con relación a las que están en el interior. Elestado de mínima energía
del líquido corresponde a aquél en que el número de moléculas en la superficie es mínimo,
lo que implica que el líquido tiende a reducir al mínimo su superficie.
En efecto, en el seno del líquido, cada molécula está rodeada por vecinas próximas
que ejercen sobre ella fuerzas intermoleculares de cohesión. El radio de acción de las
fuerzas moleculares es relativamentepequeño. Por simetría, estas fuerzas se ejercen en
todos sentidos y direcciones por lo que la resultante es nula. Sin embargo, las moléculas de
líquido en la superficie se encuentran rodeadas por arriba por otro tipo de moléculas.
Cuando en el exterior existe un gas (por ejemplo, aire), la interacción entre ellas y las del
líquido es despreciable, por ser muy pequeña la concentración de moléculas enun gas, y
existe una fuerza neta dirigida hacia el interior del líquido que se opone a que las moléculas
superficiales del líquido escapen de su superficie.
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 líquido.
Esta energía es proporcional al área S de la superficie libre dellíquido

U S

(10.1)

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 infinitesimal en la superficie del líquido la energía
superficial variará en:
dU   dS .
(10.2)

10-1

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Ahora bien, lasuperficie del líquido tiende a la menor energía posible, por lo que se
opone a este aumento. Si la superficie ha aumentado en la dirección x, el módulo de esta
fuerza será:
dU
dS
 
F 
(10.3)
dx
dx
Si las dimensiones lineales de la superficie del líquido son l y x se tiene:

F   l

(10.4)


y por tanto el coeficiente de tensión superficial σ es:



F
.
l

(10.5)

Sisituamos un sólido sobre la superficie de un líquido, la tendencia del líquido a
disminuir su superficie lleva a que en el límite entre la 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 EXPERIMENTAL
La expresión (10.5) nos proporciona unprocedimiento para medir el coeficiente de
tensión superficial de un líquido, sin más que colocar un anillo o una lámina de algún
material sobre la superficie y medir la fuerza que ésta ejerce cuando intentamos separarla.
Esta fuerza la mediremos por medio de la balanza de Searle. Esta es una balanza de
brazos desiguales. Su modo de operación está basado en el momento recuperador que seorigina 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 tiene también un platillo y una plataforma. La plataforma se puede
desplazar en sentido vertical por medio de un tornillo solidario. Del gancho de la balanza
cuelga un anillo metálico de pequeño...