Com mesurar la tensió superficial

Content

Passos
Mètode 1 de 3: utilitzar un balancí
Mètode 2 de 3: Per efecte capil·lar
Mètode 3 de 3: Com determinar la tensió superficial relativa mitjançant una moneda
Què necessites

La tensió superficial descriu la capacitat d’un fluid de resistir la gravetat. Per exemple, l’aigua sobre el taulell forma gotes ja que les molècules d’aigua s’atrauen entre elles, cosa que contraresta la gravetat. A causa de la tensió superficial es poden mantenir objectes més pesats, com ara insectes, a la superfície de l’aigua. La tensió superficial es mesura en força (N) dividida per la unitat de longitud (m), o energia per unitat d’àrea. La força amb què interactuen les molècules d’aigua (força de cohesió) crea tensió, donant lloc a gotes d’aigua (o altres líquids). La tensió superficial es pot mesurar amb alguns elements senzills que es troben a gairebé totes les llars i amb una calculadora.

Passos

Mètode 1 de 3: utilitzar un balancí

1 Anoteu l’equació de la tensió superficial. En aquest experiment, l'equació per determinar la tensió superficial és la següent: F = 2Sd, on F - força en newtons (N), S - tensió superficial en newtons per metre (N / m), d és la longitud de l’agulla utilitzada a l’experiment. Expressem la tensió superficial a partir d’aquesta equació: S = F / 2d.
- La força es calcularà al final de l’experiment.
- Abans de començar l'experiment, utilitzeu una regla per mesurar la longitud de l'agulla en metres.
2 Construeix un petit balancí. Aquest experiment utilitza un balancí i una petita agulla que sura a la superfície de l’aigua per determinar la tensió superficial.Cal considerar acuradament la construcció del basculant, ja que la precisió del resultat en depèn. Podeu utilitzar diversos materials, el més important és fer una barra horitzontal amb alguna cosa dura: fusta, plàstic o cartró gruixut.
- Determineu el centre de la vareta (per exemple, una regla de palla o de plàstic) que utilitzeu com a travessera i taladreu o perforeu un forat en aquest lloc; aquest serà el punt de suport del travesser, on girarà lliurement. Si utilitzeu una palla de plàstic, simplement caleu-la amb un passador o un clau.
- Practicar o perforar forats als extrems de la biga de manera que estiguin igualment separats del centre. Passeu els fils pels forats per penjar la tassa de pes i l’agulla.
- Si cal, recolzeu la biga amb llibres o altres objectes prou durs per mantenir la biga horitzontal. Cal que el travesser giri lliurement al voltant d’un clau o vareta clavada al centre.
3 Agafeu un tros de paper d'alumini i enrotlleu-lo en forma de caixa o plat. No és gens necessari que aquest plat tingui una forma quadrada o rodona regular. L’omplireu amb aigua o amb algun altre pes, així que assegureu-vos que suporti el pes.
- Pengeu una caixa de paper de llauna o un platet d’un extrem de la barra. Feu petits forats al llarg de les vores del plat i passeu-hi per tal que el plat quedi penjat de la barra.
4 Pengeu una agulla o un clip de l’altre extrem de la barra perquè quedi horitzontal. Lligueu una agulla o un clip de paper horitzontalment al fil que penja de l’altre extrem de la barra. Perquè l’experiment tingui èxit, cal situar l’agulla o el clip de paper exactament horitzontalment.
5 Col·loqueu alguna cosa a la barra, com ara plastilina, per equilibrar el recipient de paper d'alumini. Abans de començar l'experiment, cal assegurar-se que el travesser estigui situat horitzontalment. El plat d'alumini és més pesat que l'agulla, de manera que la barra del lateral del plat es caurà cap avall. Col·loqueu prou plastilina al costat oposat de la barra perquè quedi horitzontal.
- Això s’anomena equilibri.
6 Col·loqueu l’agulla penjant o el clip en un recipient amb aigua. Aquest pas requerirà un esforç addicional per situar l’agulla a la superfície de l’aigua. Assegureu-vos que l’agulla no s’enfonsi a l’aigua. Ompliu un recipient amb aigua (o un altre líquid de tensió superficial desconeguda) i col·loqueu-lo sota l’agulla penjada de manera que l’agulla quedi directament a la superfície del líquid.
- Assegureu-vos que la corda que sosté l’agulla es mantingui al seu lloc i estigui prou ajustada.
7 Peseu uns quants pins o una petita quantitat de gotes d’aigua mesurades a petita escala. Afegireu un passador o una gota d’aigua al plat d’alumini del balancí. En aquest cas, cal conèixer el pes exacte amb què l’agulla sortirà de la superfície de l’aigua.
- Compteu el nombre d’agulles o gotes d’aigua i peseu-les.
- Determineu el pes d’un passador o gota d’aigua. Per fer-ho, divideix el pes total pel nombre de pins o gotes.
- Suposem que 30 pins pesen 15 grams, i després 15/30 = 0,5, és a dir, un pin pesa 0,5 grams.
8 Afegiu agulles o gotes d’aigua d’un en un en un plat de paper d’alumini fins que l’agulla surti de la superfície de l’aigua. Afegiu un passador o una gota d’aigua gradualment. Mireu l’agulla amb atenció per no perdre el moment en què, després del següent augment de pes, es desprèn de l’aigua. Quan l’agulla es desprengui de la superfície del líquid, deixeu d’afegir pins o gotes d’aigua.
- Compteu el nombre d’agulles o gotes d’aigua que van provocar que l’agulla de l’extrem oposat de la barra sortís de la superfície de l’aigua.
- Anoteu el resultat.
- Repetiu l'experiment diverses vegades (5 o 6) per obtenir resultats més precisos.
- Calculeu la mitjana dels resultats obtinguts. Per fer-ho, afegiu el nombre de pins o gotes en tots els experiments i dividiu el total pel nombre d'experiments.
9 Convertiu el nombre de pins a força. Per fer-ho, multipliqueu el nombre de grams per 0,00981 N / g. Per calcular la tensió superficial, cal conèixer la força necessària per aixecar l’agulla de la superfície de l’aigua. Com que heu comptat el pes dels passadors al pas anterior per determinar la força, només heu de multiplicar aquest pes per 0,00981 N / g.
- Multipliqueu el nombre de passadors del plat per el pes d’un passador. Per exemple, si poseu 5 pins cadascun que pesa 0,5 grams, el seu pes total és de 0,5 grams / pin = 5 x 0,5 = 2,5 grams.
- Multiplicar el nombre de grams per un factor de 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Connecteu aquests valors a l'equació i cerqueu el valor que esteu cercant. Els resultats obtinguts durant l'experiment es poden utilitzar per determinar la tensió superficial. Simplement connecteu els valors que trobeu i calculeu el resultat.
- Diguem que a l’exemple anterior, la longitud de l’agulla és de 0,025 metres. Substituint els valors a l’equació i obtenim: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Així, la tensió superficial del líquid és de 0,05 N / m.

Mètode 2 de 3: Per efecte capil·lar

1 Coneix l’efecte capil·lar. Per comprendre els fenòmens capil·lars, primer s’ha de familiaritzar amb les forces d’adhesió i cohesió. L’adhesió fa que el líquid s’enganxi a una superfície dura com el vidre. A causa de la força de cohesió, les molècules del líquid s’atrauen entre elles, l’acció combinada de les forces d’adhesió i cohesió fa que el líquid pugi en tubs prims.
- A partir de l’alçada de la pujada del líquid al tub es pot calcular la tensió superficial d’aquest líquid.
- Les forces cohesives condueixen a la formació de bombolles i gotes a la superfície. Quan un líquid entra en contacte amb l’aire, les molècules del líquid s’atrauen entre elles, donant lloc a la formació d’una bombolla.
- L’adherència condueix a la formació d’un menisc, que es nota als punts de contacte del líquid amb les parets del vidre. La forma còncava del menisc és visible a simple vista.
- Un exemple d’efecte capil·lar és la criança d’un líquid en una palla que es col·loca en un got d’aigua.
2 Anoteu l’equació per determinar la tensió superficial. La tensió superficial es calcula de la següent manera: S = (ρhga / 2), on S - tensió superficial, ρ - densitat del líquid investigat, h - l’alçada del líquid puja al tub, g - acceleració de la gravetat a causa de la gravetat que actua sobre el líquid (9,8 m / s), a és el radi del tub capil·lar.
- En substituir les dades en aquesta equació, assegureu-vos que s’expressin en unitats mètriques: densitat en kg / m, alçada i radi en metres, acceleració per gravetat en m / s.
- Si la densitat del líquid no es dóna per endavant, es pot trobar al manual o calcular-se mitjançant la fórmula densitat = massa / volum.
- La tensió superficial es mesura en newtons per metre (N / m). Newton és igual a 1 kg * m / s. Per determinar de forma independent les unitats de mesura, simplement substituïu-les a l’equació, sense valors numèrics: S = kg / m * m * m / s * m. Si reduïm dos metres al numerador i al denominador, obtindrem 1 kg * m / s / m, és a dir, 1 N / m.
3 Aboqueu líquid de tensió superficial desconeguda al recipient. Agafeu un plat o bol poc profund i aboqueu-hi el líquid de manera que cobreixi el fons de 2 a 3 centímetres. La quantitat de líquid no té importància, el més important és que és clarament visible quant pujarà al tub capil·lar.
- Si voleu experimentar amb diferents líquids, netejar i assecar bé la placa abans d’abocar-hi un líquid diferent o bé utilitzar un recipient diferent cada vegada.
4 Introduïu un tub prim i net al líquid. A partir de l’alçada de l’augment del fluid en aquest tub, determinarà la tensió superficial.Mantingueu els tubs lliures de manera que pugueu veure clarament fins a quin punt el líquid pujarà per sobre del nivell del plat. A més, el tub ha de tenir un radi constant.
- Per mesurar el radi, simplement poseu una regla contra la part superior del tub i determineu el diàmetre. A continuació, dividiu el diàmetre per 2 i trobareu el radi.
5 Mesureu l’alçada del líquid per sobre del seu nivell a la placa. Moveu la vora de la regla a la superfície del líquid de la safata i determineu fins a quin punt ha pujat el líquid al tub. L’aigua del tub augmenta perquè la força d’elevació de la tensió superficial supera la força de tracció de la gravetat.
6 Connecteu aquests valors a l’equació i feu els càlculs. Després d’haver determinat tots els valors necessaris, connecteu-los a l’equació i busqueu la tensió superficial. Assegureu-vos de convertir tots els valors en unitats mètriques per obtenir el resultat correcte.
- Suposem que mesurem la tensió superficial de l’aigua. La densitat de l’aigua és d’uns 1 kg / m3 (en aquest exemple estem fent servir valors aproximats). L’acceleració per gravetat és de 9,8 m / s. Que el radi del tub sigui de 0,029 m i l’aigua hagi pujat a 0,5 m. Quina tensió superficial té l’aigua?
- Substituïu els valors obtinguts a l’equació i obteniu: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Mètode 3 de 3: Com determinar la tensió superficial relativa mitjançant una moneda

1 Recolliu tot el que necessiteu. Per a aquest experiment, necessitareu un gotero, una moneda seca, aigua, un bol petit, líquid per rentar plats, oli vegetal i una tovallola. Tots aquests es poden trobar a casa o comprar-los a la botiga local. Podeu prescindir de sabó per a plats i oli vegetal, però necessitareu uns quants líquids diferents per comparar-los.
- Assegureu-vos que la moneda estigui neta i seca abans de començar l’experiment. Si utilitzeu una moneda mullada, obtindreu resultats imprecisos.
- Aquest experiment no permet calcular la tensió superficial; només es pot utilitzar per comparar la tensió superficial de diferents líquids.
2 Deixeu caure una gota de líquid a la vegada sobre la superfície de la moneda. Col·loqueu la moneda sobre una tovallola o una altra superfície segura per mullar-se. Agafeu el primer líquid a la pipeta i apliqueu lentament una gota a la moneda. Quan feu això, compteu les gotes. Continueu fins que el líquid vessi fora de la moneda.
- Anoteu quantes gotes va trigar a vessar el líquid fora de la moneda.
3 Repetiu aquest procediment amb diferents fluids. Neteja i asseca la moneda cada vegada que canviïs de líquid. Asseceu també la superfície sobre la qual col·loqueu la moneda. Utilitzeu pipetes diferents o netegeu la pipeta abans d’un nou experiment.
- Proveu d’afegir sabó per a plats a l’aigua i, a continuació, degoteu aigua sobre una moneda i comproveu si canvia la tensió superficial.
4 Compareu el nombre de gotes necessàries per a diferents líquids per omplir una moneda. Proveu de repetir l'experiment amb el mateix líquid diverses vegades per veure si els resultats són exactes. Mitjana dels resultats: afegiu el nombre de gotes en diferents experiments i dividiu el total pel nombre d’experiments. Anoteu quantes gotes van trigar els diferents líquids a omplir la moneda.
- Com més gotes d’un líquid determinat siguin necessàries per omplir una moneda, major serà la tensió superficial d’aquest líquid.
- El detergent per a rentavaixelles redueix la tensió superficial de l’aigua; afegir-lo trigarà menys gotes a omplir la moneda.