UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ÁREA DE LABORATORIO DE FLUIDOS

FACULTAD DE INGENIERÍA

PRACTICA NO.3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS - TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD

INTEGRANTES: JENNIFER LLANOS, LEONEL VENCE, SERGIO BOLAÑO GRUPO: OD1

INTRODUCCIÓN

Los líquidos tienen un volumen fijo. Sin embargo, su forma varía cambia el área de la superficie que los envuelve: se adaptan al recipiente ocupando la zona más baja por gravedad dejando una superficie libre (no totalmente plana) o adoptan formas especiales: gotas, pompas y burbujas. Las fuerzas superficiales (cohesión: líquido-líquido, adhesión: líquido-sólido) son responsables de muchos fenómenos con interés biológico, basadas en los conceptos de tensión superficial y capilaridad.

OBJETIVOS

General:

Medir la elevación del capilar de diferentes fluidos, comparando los resultados obtenidos con el valor hallado teóricamente

Específico: Medir la elevación capilar h Desarrollar exitosamente la práctica

tomando en cuenta el procedimiento de la guía

MARCO TEORICO

Tensión superficial y Capilaridad. La tensión superficial es la propiedad que poseen las superficies de los líquidos, por la cual parecen estar cubiertos por una delgada membrana elástica en estado de tensión. La capilaridad es el fenómeno de ascensión del agua por o capilares o poros del suelo. Gran parte del agua retenida lo es por tensión superficial, que se presenta alrededor de los puntos de contacto entre las partículas sólidas o en los poros y conductos capilares del suelo, y que desempeña un papel muy importante en las formas de agua llamadas humedad de contacto y agua capilar.

El fenómeno de la tensión superficial se debe a las fuerzas de cohesión moleculares que no quedan equilibradas en la inmediata vecindad de la superficie. Por esta vía se explica que una aguja horizontal o una cuchilla de afeitar en la misma posición, floten en el agua.

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Capilaridad. Fuerzas de adhesión y cohesión

La cohesión es la atracción entre las moléculas de una misma sustancia, mientras que la adhesión es la atracción entre moléculas de diferentes sustancias. Si se sumerge un tubo capilar de vidrio en un recipiente con agua, el líquido asciende dentro de él hasta una altura determinada. Si se introduce un segundo tubo de mayor diámetro interior el agua sube menor altura.

Es que la superficie del líquido plana en su parte central, toma una forma curva en la vecindad inmediata del contacto con las paredes. Esa curva se denomina menisco y se debe a la acción combinada de la adherencia y de la cohesión. Por la acción capilar los cuerpos sólidos hacen subir y mover por sus poros, hasta cierto límite, el líquido que los moja.

Tensión superficial en el suelo

En los suelos de grano grueso, la mayor parte del agua retenida lo es por tensión superficial, que se presenta alrededor de los puntos de contacto entre las partículas sólidas o en los poros y conductos capilares del suelo. La cohesión aparente, que pueden presentar taludes de arena que se han mantenido estables, se explica por la humedad de contacto. Ella la ejerce la pequeña cantidad de agua que puede mantenerse, sin caer, rodeando los puntos de contacto entre los diminutos

granos de arena, gracias a fuerzas de adherencia entre el líquido y el sólido y de tensión superficial, que se oponen a la gravedad.

Al sumergir un tubo de diámetro pequeño en un fluido, el nivel de éste ascenderá o disminuirá dependiendo de la relación entre las fuerzas de cohesión Intermoleculares del fluido y sus fuerzas de adhesión a la superficie del tubo, así como también del ángulo de contacto con la superficie.

Para la mayoría de fluidos, incluyendo el agua, se presentará una elevación capilar; mientras que en fluidos como el mercurio se

observará una depresión. Para ambos casos, puede deducirse una expresión que permite calcular el cambio en la elevación del fluido.

Para lograr esto, inicialmente se identifican las fuerzas actuantes sobre el volumen de fluido que ha ascendido (o descendido), tal como lo presenta la siguiente figura.

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Sobre la superficie libre del fluido y debido a la tensión superficial propia de éste, se presenta una fuerza igual a 2 R , donde R es el radio del tubo ensayado y es la tensión superficial existente. Por otra parte, se presenta el peso del fluido que intentará que no se presente elevación. Al introducir el tubo de diámetro pequeño en el fluido ensayado se presentará inmediatamente un cambio en el a elevación de éste y este movimiento se seguirá presentando hasta que las fuerzas mencionadas estén en equilibrio. Por lo tanto, es posible conocer la altura, h para una elevación o depresión capilar.

W=Fσ

Donde W es el peso del fluido y Fσ es la fuerza producida por la tensión superficial.

𝒎𝒈 = 𝟐𝝅𝑹𝝈𝒄𝒐𝒔𝝋Donde m es la masa del fluido y g es la aceleración de la gravedad. Conociendo que m= V y el volumen de un cilindro es 𝑉 = 𝜋𝑅2ℎ, se tiene que:

𝝆𝑽𝒈 = 𝟐𝝅𝑹𝝈 𝒄𝒐𝒔 𝝋(𝜋𝑅2ℎ)𝒈 = 𝟐𝝅𝑹𝝈 𝒄𝒐𝒔 𝝋𝒉 =

𝟐𝝈 𝒄𝒐𝒔 𝝋𝝆𝑹𝒈Considerando que el radio de un círculo es R=D/2, donde D es el diámetro y reemplazado g, se tiene que:

𝒉 = 𝟒𝝈 𝒄𝒐𝒔 𝝋 𝜸𝑫

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PROCEDIMIENTO

1. Asegúrese que los tubos empleados están libre de obstrucciones y completamente libre de grasas ya que pueden distorsionar las mediciones.

2. Llene en recipiente con el fluido ensayado e inserte el primer tubo capilar a ensayar.

3. Coloque una superficie de diferente color al del fluido detrás del tubo capilar para apreciar mejor el cambio en la altura.

4. Mida la elevación capilar h.

5. Saque el tubo capilar e inserte los otros tubos que hacen parte de la práctica.

CALCULOS

Cálculos y Gráficas

Calcule las elevaciones capilares de los diferentes fluidos empleados durante la práctica de acuerdo con la expresión vista en clase.

Investigue los valores de tensión superficial para los fluidos empleados durante la experiencia.

fluido

tensión superficial (N/m)

peso específico ϒ (Kg/m3)

acetato 0,0237 780alcohol 0,0228 800mercurio 0,465 13600agua 0,0727 1000

diámetro del capilar (m)0,001 0,002 0,004

sustancia ángulo de contactoacetato 85,69 82,81 84,26alcohol 84,95 82,42 81,91mercurio * 98,48 144,57agua 87,24 87,63 88,42

h=4σcosφγD

Esta fórmula es la misma para todos los fluidos.

Entonces:

h=4σcosφγD

h=4∗0.0237∗cos (85.69)

780∗0.001

h=9.1∗10−3mh=9.1mm

Nota: estos datos fueron tomados de las tablas mostradas, hallamos h para el acetato con diámetro 0.001m. Así de la misma forma se aplica esta fórmula para los demás fluidos con

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diferentes diámetros y angulo de contacto.

Altura de capilaridad (m)

Fluido

Diam tubo (m)

Medida Calculada

acetato0,001 0,006 0,00910,002 0,003 0,00760,004 0,001 0,003

alcohol0,001 0,01 0,000010,002 0,004 0,00750,004 0,002 0,004

mercurio0,001 *0,002 0,006 -0,010,004 0,013 -0,02

agua0,001 0,011 0,010,002 0,005 6,010,004 0,003 2

PREGUNTAS

1. Mida la elevación producida por tubos capilares de varios tamaños.

2. Compare los valores de las elevaciones capilares calculadas con las halladas experimentalmente. Explique los factores que han podido generar dichas diferencias.

Rpta: en algunos fluidos no fue mucha la diferencia entre las elevaciones como el acetato, alcohol y el agua. Los factores

que han podido generar dichas diferencias son el diámetro del tubo, la fuerza de cohesión y la temperatura.

3. ¿Cuál de los fluidos presentó mayor elevación capilar? ¿A qué cree que se debe esto?

El acetato debido al ángulo de contacto.

4. ¿Cuál fue la diferencia principal entre el agua y el mercurio en la experiencia realizada? Explique.

El peso específico de la sustancia.

CONCLUSION

Los factores que han podido generar diferencias entre las elevaciones medidas en clases y las calculadas son el diámetro del tubo, la fuerza de cohesión y la temperatura.

BIBLIOGRAFIA

http://www.scribd.com/doc/22492015/capilaridad#scribd

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