Estudiante Universitario Con Ganas De Divertirse

INTRODUCCION

En 1929, von Neergard (doctor en medicina de la universidad de Zúrich) demostró la importancia de las fuerzas de superficie al encontrar que la presión necesaria para mantener distendido el pulmón lleno de líquido era inferior a la requerida para distender el mismo pulmón lleno de aire. Las fuerzas de tensión superficial resultan de la mayor atracción de los líquidos con respecto al aire. Se encuentran presente en la interface líquido-aire que se encuentra en los millones de sacos alveolares.

La tensión superficial es la fuerza que actúa a través de una línea imaginaria de 1cm de largo en la superficie de un líquido. Esta tensión se debe a que las fuerzas de atracción entre las moléculas adyacentes de un líquido se torna lo más pequeña posible. Este comportamiento se observa con facilidad en la burbuja de jabón soplada en el extremo de un tubo. Las superficies de la burbuja se contraen todo lo posible formando una esfera (superficie mínima para un volumen dado) y generan una presión que se puede predecir por la Ley de Laplace.

La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie, la tendencia esférica de las gotas que forman un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la superficie de los líquidos.

OBJETIVOS

Determinar la tensión superficial de una mezcla.

Identificar el efecto de la tensión superficial en los líquidos por medio de capilares.

Determinar la dependencia de la tensión superficial con la temperatura.

TEORIA: TENSION SUPERFICIAL

En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido 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 tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.

¿CUÁL ES LA CAUSA DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL?

A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del líquido. Rigurosamente, si en el exterior del líquido se tiene un gas, existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y gas.

Otra manera de verlo es que una molécula en contacto con su vecina está en un estado menor de energía que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las moléculas interiores tienen todas las moléculas vecinas que podrían tener, pero las partículas del contorno tienen menos partículas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado más alto de energía. Para el líquido, el disminuir su estado energético es minimizar el número de partículas en su superficie.

Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema será disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible.

Como resultado de minimizar la superficie, esta asumirá la forma más suave que pueda ya que está probado matemáticamente que las superficies minimizan el área por la ecuación de Euler-Lagrange. De esta forma el líquido intentará reducir cualquier curvatura en su superficie para disminuir su estado de energía de la misma forma que una pelota cae al suelo para disminuir su potencial gravitacional.

COEFICIENTE DE TENSION SUPERFICIAL

Se puede determinar la energía superficial debida a la cohesión mediante el dispositivo de la figura.

Una lámina de jabón queda adherida a un alambre doblada en doble ángulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lámina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesión, es necesario aplicar una fuerza F al alambre deslizante.

La fuerza F es independiente de la longitud x de la lámina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud Dx, las fuerzas exteriores han realizado un trabajo FDx, que se habrá invertido en incrementar la energía interna del sistema. Como la superficie de la lámina cambia en DS=2dDx (el factor 2 se debe a que la lámina tiene dos caras), lo que supone que parte de las moléculas que se encontraban en el interior del líquido se han trasladado a la superficie recién creada, con el consiguiente aumento de energía.

Si llamamos a g la energía por unidad de área, se verificará que:

F∆x= γ∆S γ= F/2d

La energía superficial por unidad de área o tensión superficial se mide en J/m2 o en N/m.

La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.

METODO DEL CAPILAR

Consideramos un capilar muy largo de sección recta circular de radio r sumergido en un liquido.

La flecha roja nos indica la fuerza de tensión

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