Fluidos

Tensión superficial

Gotas. Ley de Tate

Presión producida por la
curvatura de una superficie

Método de la burbuja

Fenómenos capilares

Actividades

A partir de la medida de la sobrepresión en el interior de una burbuja de aire formada en el interior de un líquido, determinaremos su tensión superficial.

Fundamentos físicos

El dispositivo experimental se muestra en la figura. Se inyecta con cuidado aire por el tubo A, con lo cual las burbujas formadas en el capilar C, se desprenden ascendiendo hasta la superficie del vaso. El manómetro M mide la sobrepresión requerida para formar la burbuja.

Para inyectar aire se emplea un embudo E lleno de agua, con una llave L que se abre muy poco. El agua que cae del embudo va llenando el matraz K y el aire desalojado sale hacia el dispositivo.

Calculamos la presión en el interior y en el exterior de la burbuja en el momento en el que se desprende:

• Presión exterior:

la presión exterior a la burbuja es la suma de la presión atmosférica p₀ más la de la columna de líquido de densidad r y altura h.

p_e=p₀+r gh

• Presión interior

La presión en el interior de la burbuja es la suma de la presión atmosférica p₀ más la que corresponde a la altura máxima h’ marcada por el manómetro que contiene un líquido (líquido manométrico) de densidad r ’.

Como hemos visto en la página anterior, la diferencia de presión entre el interior y el exterior de una burbuja debido a su curvatura es

Donde R es el radio de la burbuja o del capilar. El factor dos se debe a que la burbuja solamente presenta una cara (una pompa de jabón tiene dos caras).

Despejando la tensión superficial g llegamos a la siguiente fórmula

Actividades

En el applet que simula la experiencia de laboratorio, se escoge el líquido problema, cuya tensión superficial queremos medir: agua, aceite, alcohol y glicerina.

Necesitamos además, los datos de la densidad de los citados líquidos r y del líquido manométrico r’empleado.

• Como líquido manométrico se emplea aceite
• Se utiliza un capilar cuyo radio podemos introducir en el control de edición titulado Radio del capilar.
• Se establece la profundidad a la que se producen las burbujas arrastrando con el puntero del ratón la flecha de color rojo.

Se pulsa el botón titulado Empieza. Se observa como se va creando la burbuja hasta que se desprende del capilar. Se mide la presión máxima justo en el momento en el que se desprende la burbuja. Para acercarse a ese momento utilizar los botones titulados Pausa y Paso.

Ejemplo:

• Líquido elegido: agua
• Radio del capilar R=1 mm
• Profundidad del extremo del capilar h=3 cm
• Diferencia de alturas en el manómetro h’=2·2.75 =5.5 cm

El resultado que nos proporciona el programa interactivo pulsando en el botón titulado Respuesta es 0.0728 N/m,

Ejemplo:

• Líquido elegido: glicerina
• Radio del capilar R=2 mm
• Profundidad del extremo del capilar h=7.2 cm
• Diferencia de alturas en el manómetro h’=2·6 =12 cm

El resultado que nos proporciona el programa interactivo pulsando en el botón titulado Respuesta es 0.0594 N/m

Realizamos varias medidas con el mismo líquido, con capilares de varios radios, y a distintas profundidades. Obtenemos el valor medio de las medidas efectuadas