FACULTAD DE INGENIERAEscuela Profesional de Ingeniera Civil

TENSION SUPERFICIAL CAPILARIDAD

CURSO:FISICA APLICADADOCENTE:LIC. ANDRS GUERRERO FARROALUMNO: OBREGON MARTINEZ, VICTORSEMESTRE:2014-II

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNATACNA PER2015

TENSION SUPERFICIALLa tensin superficial es la propiedad que poseen las superficies de los lquidos, por la cual parecen estar cubiertos por una delgada membrana elstica en estado de tensin. En fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea. Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevacin o depresin de la superficie de un lquido en la zona de contacto con un slido. Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido, son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial. FIGURA 1:

PROPIEDADESLa tensin superficial suele representarse mediante la letra griega (gamma), o mediante (sigma). Sus unidades son de (vase anlisis dimensional). Algunas propiedades de : > 0, ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace falta llevar ms molculas a la superficie, con lo cual disminuye la energa del sistema y es o la cantidad de trabajo necesario para llevar una molcula a la superficie. depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser un lquido y un slido. As, la tensin superficial ser igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cual podr mojar o no (vase capilaridad) debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las adhesivas (lquido-superficie). se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en ). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifsico confinado por un pistn mvil, en particular dos lquidos con distinta tensin superficial, como podra ser el agua y el hexano. En este caso el lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistn desde el hexano hacia el agua.

MEDIDA DE LA TENSION SUPERFICIAL:

MTODOS ESTTICOS: LA SUPERFICIE SE MANTIENE CON EL TIEMPO Mtodo del anillo de Noy: Calcula la F necesaria para separar de la superficie del lquido un anillo. F=\scriptstyle\gamma4R (siendo R el promedio del radio externo e interno del anillo.

Mtodo del platillo de Wilhelmy: Medida de la F para separar la superficie de una delgada placa de vidrio. Precisin de 0,1%.

MTODOS DINMICOS: LA SUPERFICIE SE FORMA O RENUEVA CONTINUAMENTE Tensimetro (Mtodo de presin de burbuja): En un lquido a T cte. se introduce un capilar de radio R conectado a un manmetro. Al introducir gas se va formando una burbuja de radio r a medida que aumenta la P en el manmetro. Al crecer r disminuye hasta un mnimo, r=R y despus vuelve a aumentar. Esto hace posible su uso en ambos, laboratorios de investigacin y desarrollo, as como monitoreo del proceso directamente en la planta.

FIGURA 2

TENSIN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LQUIDOS PUROS EN CONTACTO CON EL AIRE O CON SU PROPIO VAPOR

TENSIN SUPERFICIAL DEL AGUALa tensin superficial del agua es 72 dinas/cm a 25C. Sera necesaria una fuerza de 72 dinas para romper una pelcula de agua de 1 cm. de larga. La tensin superficial del agua, disminuye significativamente con la temperatura.

FIGURA 3.

FIGURA 4.

CAPILARIDADLa capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de su tensin superficial la cual, a su vez, depende de la cohesin del lquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. Cuando un lquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesin intermolecular entre sus molculas es menor que la adhesin del lquido con el material del tubo; es decir, es un lquido que moja. El lquido sigue subiendo hasta que la tensin superficial es equilibrada por el peso del lquido que llena el tubo. ste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energa para vencer la gravedad. Sin embargo, cuando la cohesin entre las molculas de un lquido es ms potente que la adhesin al capilar, como el caso del mercurio, la tensin superficial hace que el lquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.

FIGURA 5.

FIGURA 6.

FIGURA 6.

TUBO CAPILARLa masa lquida es directamente proporcional al cuadrado del dimetro del tubo, por lo que un tubo angosto succionar el lquido en una longitud mayor que un tubo ancho. As, un tubo de vidrio de 0,1 mm de dimetro levantar una columna de agua de 30 cm. Cuanto ms pequeo es el dimetro del tubo capilar mayor ser la presin capilar y la altura alcanzada. En capilares de 1 m (micrmetro) de radio, con una presin de succin 1,5 103 hPa (hectopascal = hPa = 1,5 atm), corresponde a una altura de columna de agua de 14 a 15 m. Dos placas de vidrio que estn separadas por una pelcula de agua de 1 m de espesor, se mantienen unidas por una presin de succin de 1,5 atm. Por ello se rompen los portaobjetos humedecidos al intentar separarlos. Entre algunos materiales, como el mercurio y el vidrio, las fuerzas intermoleculares del lquido exceden a las existentes entre el lquido y el slido, por lo que se forma un menisco convexo y la capilaridad trabaja en sentido inverso. Las plantas succionan agua subterrnea del terreno por capilaridad, aunque las plantas ms grandes requieren de la transpiracin para desplazar la cantidad necesaria.

LEY DE JURIN:

La ley de Jurin define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna de lquido y la fuerza de ascensin por capilaridad. La altura h en metros de una columna lquida

NGULO DE CONTACTO:

En las proximidades de una pared slida, la superficie libre de un lquido slo excepcionalmente es plana y horizontal (Figura 7c). La seccin del lquido por un plano vertical tiene generalmente una de las dos formas indicadas en la Figura 7ab. Este fenmeno puede explicarse considerando, adems de la superficie interfasial lquido-gas, las superficies interfasiales slido-lquido y slido-gas. Con cada una de estas tres superficies interfasiales, que estn representadas esquemticamente en la Figura 8, se asocia la tensin superficial correspondiente.

FIGURA 7.

FIGURA 8.

Valores representativos de algunos ngulos de contacto no nulos.