Tension

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EL FENOMENO CAPILAR
Tensión Superficial El agua posee cierta tensión superficial (75 Dinas/cm = 0.0764 gr/cm). En tubos muy estrechos (tubos Capilares) esta propiedad se manifiesta por la ascensión por si misma formando un menisco. Cuanto más estrecho el tubo, más sube el agua, y cuando se logra el equilibrio, el menisco toma la forma de una semiesfera de diámetro igual al del tubo. Elmenisco formado se caracteriza por tener un desnivel de presión, así, la presión en el lado convexo es siempre menor que la existente en el lado cóncavo. Lo anteriormente expuesto se puede probar con el experimento siguiente: Si mediante el dispositivo en contacto con la superficie de agua, se inyecta aire hasta alcanzar una presión “P”, el líquido sede ante esta presión formándose un menisco.Justamente antes de romperse el menisco, este tiene la forma semiesférica de diámetro “D”. En esta situación:

Donde R= radio de la esfera. A= área de la semiesfera Si el radio crece un diferencial (dR), el área de la esfera se incrementa en: ( ( ) )

El incremento será:

El diferencial de trabajo necesario para la formación de menisco será:

2 Donde: dW : Diferencial de trabajo ( )Considerando al menisco como una superficie libre, tendremos que por un lado actúa la presión P y por el otro la presión PA, (despreciando la presión hidrostática). Luego, la fuerza neta que obra en un elemento diferencial de esa área (dS), será: ( )

Cuando el área del menisco se incrementa hasta dA, esa fuerza realizará un trabajo: ( )

Donde: dR: es la distancia radial recorrida por el menisco alincrementarse en dA. El trabajo total realizado por dA puede obtenerse al integrar la expresión anterior en toda el área del menisco, con lo que se tendría: ( Igualando (1) y (2): ( De donde: ) ) ( )

La expresión anterior indica que la presión en el lado cóncavo es siempre mayor a la que soporta el lado convexo del menisco.

ANGULO DE CONTACTO
Un líquido abierto al aire, contenido en unrecipiente toma de acuerdo a las leyes de la hidrostática las superficies siguientes:

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Si consideramos una molécula superficial del líquido en la vecindad con la pared sólida, esta va a estar sujeta a dos tipos de fuerzas:   Cohesión (entre moléculas iguales), y Adhesión (entre moléculas diferentes).

Según la magnitud de estas fuerzas tendremos:

Para que un líquido este en reposo escondición que los empujes que sufra sean normales a la superficie correspondiente. Según esto, la superficie necesitará curvarse de tal modo que la superficie resulta normal a las fuerzas “R” resultantes en cada caso. El ángulo que forma la superficie con la pared del recipiente se llama ángulo de contacto (α). Si α < 90° -> Menisco cóncavo Si α> 90° -> Menisco convexo

La plata limpia y el aguaforman ángulos muy cercanos a 90° (ausencia de menisco).

ASCENSION CAPILAR
Se ha visto que el menisco alcanza su máxima curvatura asemejándose a la forma semiesférica (en tubos capilares).

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En la Fig. 1: Como el tubo capilar es abierto: ( Entonces: Pero la presión en M debe ser la atmosférica, luego, el sistema no se encuentra en equilibrio, existiendo una presión neta hacia arriba: )La presión neta es la que obliga a subir el nivel hasta lograr una columna de agua que equilibre el sistema. En la figura: Pero

Una vez que el agua ha ascendido, la presión en M es:

La presión en M Pero cuando se alcanza el equilibrio debe cumplirse que

5 donde: h: : r: w: altura que debe subir el agua tensión superficial del agua radio del tubo capilar peso específico del agua

Parael Mercurio: ( α = 139°,  = 13.64 gr/cm³ )

EFECTOS CAPILARES
La tensión superficial en un líquido es debido a la atracción intermolecular. Las fuerzas de atracción que se ejerce entre moléculas en el seno del fluido se contrarrestan, mas no así en las moléculas superficiales originándose un estado de tensión en toda superficie abierta. Uno de los principales efectos es el de la ascensión...