Propiedades de los liquidos
Descripción
1
INDICE
INDICE……………………………………………………………………..1
OBJETIVO…………………………………………………………………2
INTRODUCCIÓN………………………………………………………….3
MARCO TEÓRICO………………………………………………………..4
MATERIALES Y MATERIA PRIMA……………………………………..12
DESARROLLO EXPERIMENTAL………………………………………13
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES………………………………14
CALCULOS………………………………………………………………..15
GRÁFICAS………………………………………………………………...17
TABLA DE RESULTADOS……………………………………………...20
CUESTIONARIO…………………………………………………………21
CONCLUSIONES………………………………………………………..26
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………..27
OBJETIVO
Determinar la viscosidad de tres líquidos puros a tres diferentes temperaturas, utilizando el viscosímetro de Ostwald.
Determinar la tensión superficial de tres líquidos puros mediante el método de ascensión capilar.
Determinar el porcentaje de error, entre el valor experimental y el reportado en la literatura.
INTRODUCCION
El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible lo que significa que su volumen es bastante aproximado en un rango grande de presión. Es el único estado con un volumen definido, pero no forma fija. Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las moléculas, unidas por enlaces intermoleculares
Los líquidos como su nombre lo indica, son aquellos elementos que son capaces de fluir y, por lo tanto, de adaptarse a la forma de los recipientes que los contienen.
Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen cuando se enfrían.
El principal propósito de esta práctica radica en el hecho de identificar y poder observar algunas de las propiedades físicas que poseen los líquidos como lo son la viscosidad y la tensión superficial.
La práctica presente se compone de una serie de experimentos realizados para poder conocer:
La viscosidad: la cual se refiere a la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad. Los líquidos con coeficiente de viscosidad bajo, se consideran movibles ya que fluyen fácilmente, cuando la viscosidad es elevada, se dice que el líquido es viscoso.
Esta propiedad física se pudo observar gracias a la utilización del viscosímetro de Ostwald, en el cual se midió el tiempo que tarda una determinada sustancia en pasar de un bulbo a otro. Esta práctica se realizó 3 veces con dos líquidos (acetona y agua) a 3 temperaturas (20°C ,30°C y 40°C).Por medio de la siguiente formula fue como calculamos la viscosidad:
μ = ƿLɵLμH2O
ǷH2O ɵH2O
La tensión superficial: Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido, son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las moléculas de la superficie no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la superficie. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido. La tensión superficial, se mide normalmente en dinas/cm. Este experimento fue realizado por medio de un tubo capilar, midiendo la altura entre el nivel del líquido en el tubo de ensayo y el nivel de este en el tubo capilar.
MARCO TEÓRICO
Líquido
El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible (lo que significa que su volumen es, muy aproximadamente, constante en un rango grande de presión).
Descripción de los líquidos
El estado líquido es un estado de agregación de la materia intermedio entre el estado sólido y el gaseoso. Las moléculas de los líquidos no están tan próximas como las de los sólidos, pero están menos separadas que las de los gases. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. En algunos líquidos, las moléculas tienen una orientación preferente, lo que hace que el líquido presente propiedades anisótropas (propiedades, como el índice de refracción, que varían según la dirección dentro del material).
Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se dilatan cuando se incrementa su temperatura y pierden volumen cuando se enfrían, aunque sometidos a compresión su volumen es muy poco variable a diferencia de lo que sucede con otros fluidos como los gases. Los objetos inmersos en algún líquido son sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad.
Forma
Su forma es esférica si sobre él no actúa ninguna fuerza externa. Por ejemplo, una gota de agua en caída libre toma la forma esférica.
Como fluido sujeto a la fuerza de la gravedad, la forma de un líquido queda definida por su contenedor. En un líquido en reposo sujeto a la gravedad en cualquier punto de su seno existe una presión de igual magnitud hacia todos los lados, tal como establece el principio de Pascal. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión hidrostática en cualquier punto del mismo viene dada por:
Donde es la densidad del líquido, es la gravedad (9,8 m/s2) y es la distancia del punto considerado a la superficie libre del líquido en reposo. En un fluido en movimiento la presión no necesariamente es isótropa, porque a la presión hidrostática se suma la presión hidrodinámica que depende de la velocidad del fluido en cada punto.
Cambios de estado
Un diagrama de cambio de fase típico: la línea punteada muestra el comportamiento anómalo del agua. Las líneas verdes muestran como el punto de congelación puede variar con la presión, y la línea azul muestra el punto de ebullición puede variar con la presión. La línea roja muestra la frontera de condiciones de presión y temperatura en la que puede ocurrir la sublimación o deposición sólida.
En condiciones apropiadas de temperatura y presión, la mayoría de las sustancias pueden existir en estado líquido. Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a sólido. Aunque a presión atmosférica, sin embargo, algunos sólidos se subliman al calentarse; es decir, pasan directamente del estado sólido al estado gaseoso (véase evaporación). La densidad de los líquidos suele ser algo menor que la densidad de la misma sustancia en estado sólido. Algunas sustancias, como el agua, son más densas en estado líquido.
Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre sí al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullición. La cohesión entre las moléculas de un líquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar.
Propiedades de los líquidos
Viscosidad
Los líquidos se caracterizan porque las fuerzas internas en un líquido no dependen de la deformación total, aunque usual sí dependen de la velocidad de deformación, esto es lo que diferencia a los sólidos deformables de los líquidos. Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad (que también está presente en los sólidos viscoelásticos). Eso significa que en la práctica para mantener la velocidad en un líquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento del fluido cesa eventualmente tras un tiempo finito.
La viscosidad de un líquido crece al aumentar el número de moles y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad también está relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido (líquidos o gases).
La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presión. Cuando un líquido o un gas fluyen se supone la existencia de una capa estacionaria, de líquido o gas, adherida sobre la superficie del material a través del cual se presenta el flujo. La segunda capa roza con la adherida superficialmente y ésta segunda con una tercera y así sucesivamente. Este roce entre las capas sucesivas es el responsable de la oposición al flujo o sea el responsable de la viscosidad.
La viscosidad se mide en poises, siendo un poise la viscosidad de un líquido en el que para deslizar una capa de un centímetro cuadrado de área a la velocidad de 1 cm/s respecto a otra estacionaria situado a 1 cm de distancia fuese necesaria la fuerza de una dina.
La viscosidad suele decrecer en los líquidos al aumentar la temperatura, aunque algunos pocos líquidos presentan un aumento de viscosidad cuando se calientan. Para los gases la viscosidad aumenta al aumentar la temperatura.
La viscosidad de un líquido se determina por medio de un viscosímetro entre los cuales el más utilizado es el de Ostwald,2 este se utiliza para determinar viscosidad relativas, es decir, que conociendo la viscosidad de un líquido patrón, generalmente agua, se obtiene la viscosidad del líquido problema a partir de la ecuación:
Fluidez
La fluidez es una característica de los líquidos y/o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por más pequeño que sea, siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentren (el líquido y el gas), a diferencia del restante estado de agregación conocido como sólido. Fluidez es el opuesto de viscosidad, ambas se relacionan con la temperatura y la presión. A mayor temperatura más fluidez tiene un líquido y menos fluidez tiene un gas.
Presión de vapor
Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor, sólo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una propiedad característica de todos los líquidos.
También lo son el punto de ebullición, el punto de solidificación y el calor de vaporización (esencialmente, el calor necesario para transformar en vapor una determinada cantidad de líquido).
En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de ebullición; los líquidos en ese estado se denominan supercalentados. También es posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación y entonces se denomina líquido superenfriado.
Otras propiedades
Los líquidos no tienen forma fija pero sí volumen. Tienen variabilidad de forma y características muy particulares que son:
1. Cohesión: fuerza de atracción entre moléculas iguales
2. Adhesión: fuerza de atracción entre moléculas diferentes.
3. Viscosidad: resistencia que manifiesta un líquido a fluir.
4. Tensión superficial: fuerza que se manifiesta en la superficie de un líquido, por medio de la cual la capa exterior del líquido tiende a contener el volumen de este dentro de una mínima superficie.
5. Capilaridad: facilidad que tienen los líquidos para subir por tubos de diámetros pequeñísimos (capilares) donde la fuerza de cohesión es superada por la fuerza de adhesión para la gran lluvia.
Viscosidad
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.
Explicación de la viscosidad
Imaginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial (por ejemplo: una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa.) En este caso (a), el material sólido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto más cuanto menor sea su rigidez.
Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).
Deformación de un sólido por la aplicación de una fuerza tangencial.
En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.
Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.
Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.
Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sería también, lo que significa que éstas no podrían moverse unas respecto de otras o lo harían muy poco, es decir, estaríamos ante un sólido. Si por el contrario la viscosidad fuera cero, estaríamos ante un superfluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos (véase Helio-II).
La viscosidad es característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales.
Expresiones cuantitativas
Existen diversos modelos de viscosidad aplicables a substancias que presentan comportamientos viscosos de diferente tipo. El modelo o tipo de fluido viscoso más sencillo de caracterizar es el fluido newtoniano, que es un modelo lineal (entre el gradiente de velocidades y las tensiones tangenciales) pero también existen modelos no lineales con adelgazamiento o espesamiento por cortante o como los plásticos de Bingham.
Fluido newtoniano
Esquema que permite entender la resistencia al avance de una placa horizontal sobre la superficie de un fluido newtoniano.
En un fluido newtoniano la fuerza de resistencia experimentada por una placa que se mueve a velocidad constante por la superficie de un fluido viene dada por:
Donde:
, coeficiente de viscosidad dinámica.
, área de la placa.
, altura del nivel de fluido o distancia entre la placa horizontal y el fondo del recipiente que contiene al fluido.
Esta expresión se puede reescribir en términos de tensiones tangenciales sobre la placa como:
Donde es la coordenada perpendicular a la dirección de la velocidad de la placa y dirigida hacia el fondo del recipiente.
Unidades
Medidas de la viscosidad
La viscosidad de un fluido puede medirse por un parámetro dependiente de la temperatura llamado coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:
Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o μ. En unidades en el SI: [µ] = [Pa s] = [kg m-1 s-1]; otras unidades:
1 poise = 1 [P] = 10-1 [Pa s] = [10-1 kg s-1 m-1]
Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente entre el coeficiente de viscosidad dinámica y la densidad del fluido. ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el stokes (St).
Gas (a 0 °C):
Viscosidad dinámica
[μPa s]
Hidrógeno
8,4
Aire
17,4
Xenón
21,2
Agua (20ºC)
1002
Tensión superficial
En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.1 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.
Otra posible definición de tensión superficial: es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.
Causa
Este clip está debajo del nivel del agua, que ha aumentado ligeramente. La tensión superficial evita que el clip se sumerja y que el vaso rebose.
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 el 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.2 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.
Propiedades
La tensión superficial puede afectar a objetos de mayor tamaño impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de una flor.
La tensión superficial suele representarse mediante la letra griega (gamma), o mediante (sigma). Sus unidades son de N m-1=J m-2=Kg/s2 (véase análisis dimensional).
Algunas propiedades de:
Ya que para aumentar el estado del líquido en contacto hace falta llevar más moléculas a la superficie, con lo cual disminuye la energía del sistema y es la cantidad de trabajo necesario para llevar una molécula a la superficie.
Depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, será un líquido y un sólido. Así, la tensión superficial será igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un sólido, al cual podrá mojar o no debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del líquido) y las adhesivas (líquido-superficie).
Se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en N m-1). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifásico confinado por un pistón móvil, en particular dos líquidos con distinta tensión superficial, como podría ser el agua y el hexano. En este caso el líquido con mayor tensión superficial (agua) tenderá a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensión superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistón desde el hexano hacia el agua.
El valor de depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del líquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesión del líquido, mayor será su tensión superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres líquidos: hexano, agua y mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrógeno, de mayor intensidad, y el mercurio está sometido al enlace metálico, la más intensa de las tres. Así, la de cada líquido crece del hexano al mercurio.
Para un líquido dado, el valor de disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitación térmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura crítica Tc del compuesto. En este punto, el líquido es indistinguible del vapor, formándose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos.
MATERIALES Y MATERIA PRIMA
MATERIAL
SUSTANCIA
Vaso de precipitado
Agua
Mechero
Acetona
Viscosímetro de Ostwald
Termómetro
Cronometro
Soporte Universal
Anillo de metal
2 tubos capilares
Tubo de ensayo
Pipeta de 10 ml
Tela de alambre con centro de asbesto
DESARROLLO EXPERIMENTAL
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES
N/Agua destilada
Temperatura ambiente
Temperatura 30°
Temperatura 40°
1
12.67
11.35
10.42
2
12.21
11.93
10.38
3
12.22
11.06
10.37
N/Acetona
Temperatura ambiente
Temperatura 30°
Temperatura 40°
1
10.37
9.04
8.88
2
10.13
9.02
8.91
3
10.21
8.99
8.96
CÁLCULOS
CALCULOS
1.-
20°C
μL=
SL ΘL ΜH2O
=
(0.7901g/mL) (10.23s)(1.05cp)
=
0.6878cp
SH2O ΘH2O
(0.9982 m/gL)(12.36s)
30°C
μL=
SL ΘL ΜH2O
=
(0.7787g/mL) (9.01s)(0.85cp)
=
0.5235cp
SH2O ΘH2O
(0.9957 m/gL)(11.44s)
40°C
μL=
SL ΘL ΜH2O
=
(0.7671 g/mL) (8.91s)(0.7cp)
=
0.4641cp
SH2O ΘH2O
(0.9922 m/gL)(10.39s)
La densidad en g/mL, a la temperatura t° C (dt), se calculó mediante la fórmula:
donde ds representa la densidad a 0°C
dt= ds + 10^-3 αt+ 10^-6 βt^2+10^-9 γt^3
ds=0.81248
α-1.10000
β=-0.8580
γ= -
Densidad de acetona:
dt= (0.81248)+ 10^-3 (-1.10000)(20)+ 10^-6 (-0.8580(20)^2+10^-9 (20)^3= 0.7901 g/mL
dt= (0.81248)+ 10^-3 (-1.10000)(30)+ 10^-6 (-0.8580(30)^2+10^-9 (30)^3= 0.77.87 g/mL
dt= (0.81248)+ 10^-3 (-1.10000)(40)+ 10^-6 (-0.8580(40)^2+10^-9 (40)^3= 0.7671 g/mL
γ=
1/2 rghSL
=
1/2(0.05cm)(980cm/s^2)(1cm)(0.7901g/mL)= 19.35 dinas/cm
γ=
1/2 rghSH2O
=
1/2(0.05cm)(980cm/s^2)(1cm)(0.9982g/mL) = 24.4559 dinas/cm
2.-
20°c
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
0.7 - 0.6878
x 100% =
1.74%
Valor teórico
0.7
30°C
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
0.65- 0.5235
x 100 %=
19.46%
Valor teórico
0.65
40°C
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
0.60 - 0.4641
x 100% =
22.65%
Valor teórico
0.60
3.-
Tensión superficial de acetona
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
24 - 19.35
x 100 =
23.98%
Valor teórico
24
Tensión superficial de agua
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
72.75 - 24.4559
x 100 =
66.38%
Valor teórico
72.75
GRÁFICAS
TABLA DE RESULTADOS
Viscosidad de acetona a 20°C
0.6878cp
Viscosidad de acetona a 30°C
0.6878cp
Viscosidad de acetona a 40°C
0.4641cp
Tensión superficial Agua
19.35 dinas/cm
Tensión superficial Acetona
24.4559 dinas/cm
Porcentaje de error de viscosidad a 20°C
1.74%
Porcentaje de error de viscosidad a 30°C
19.46%
Porcentaje de error de viscosidad a 40°C
22.65%
Porcentaje de error de tensión superficial del agua
66.38%
Porcentaje de error de tensión superficial del acetona
23.98%
CUESTIONARIO
CUESTIONARIO
1.- Con los datos obtenidos en la experimentación, calcular la viscosidad y la tensión superficial de los líquidos puros que se emplearon
20°C
μL=
SL ΘL ΜH2O
=
(0.7901g/mL) (10.23s)(1.05cp)
=
0.6878cp
SH2O ΘH2O
(0.9982 m/gL)(12.36s)
30°C
μL=
SL ΘL ΜH2O
=
(0.7787g/mL) (9.01s)(0.85cp)
=
0.5235cp
SH2O ΘH2O
(0.9957 m/gL)(11.44s)
40°C
μL=
SL ΘL ΜH2O
=
(0.7671 g/mL) (8.91s)(0.7cp)
=
0.4641cp
SH2O ΘH2O
(0.9922 m/gL)(10.39s)
γ=
1/2 rghSL
=
1/2(0.05cm)(980cm/s^2)(1cm)(0.7901g/mL)= 19.35 dinas/cm
γ=
1/2 rghSH2O
=
1/2(0.05cm)(980cm/s^2)(1cm)(0.9982g/mL) = 24.4559 dinas/cm
2.- Determinar el porcentaje de error de la viscosidad obtenida experimentalmente, con respecto al valor encontrado usando el nomograma de viscosidad para líquidos puros.
20°c
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
0.7 - 0.6878
x 100% =
1.74%
Valor teórico
0.7
30°C
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
0.65- 0.5235
x 100 %=
19.46%
Valor teórico
0.65
40°C
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
0.60 - 0.4641
x 100% =
22.65%
Valor teórico
0.60
3.- Determinar el porcentaje de error de la tensión superficial obtenida experimentalmente, con respecto al valor reportado en la literatura
Tensión superficial de acetona
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
24 - 19.35
x 100 =
23.98%
Valor teórico
24
Tensión superficial de agua
Valor Teórico- Valor Experimental
x 100 =
72.75 - 24.4559
x 100 =
66.38%
Valor teórico
72.75
4.-METODO DE STOKES
Arrastre sobre un cuerpo sumergido.
Cuando un cuerpo se mueve a través de un fluido, aparece una fuerza sobre el cuerpo que se opone a dicho movimiento. Dicha fuerza, que recibe el nombre de fuerza de arrastre, tiene su origen en los esfuerzos tangenciales y normales que ejerce el flujo sobre la superficie del cuerpo.
La fuerza de arrastre sobre un cuerpo de geometría dada resulta muy difícil de determinar analíticamente, ya que depende de gran número de factores. Por eso es necesario recurrir básicamente a la adquisición de datos experimentales y, con esta finalidad, es costumbre expresar dicha fuerza en la forma:
Donde v es la velocidad relativa del cuerpo en el fluido, es la densidad del fluido, A es el área de la sección transversal máxima que el cuerpo ofrece al flujo y CD es un parámetro empírico llamado coeficiente de arrastre, cuyo valor depende de la forma geométrica del cuerpo y de la orientación de éste respecto al flujo, así como del valor del número de Reynolds asociado con el flujo alrededor del cuerpo. Dicho número de Reynolds, que designaremos por R, es una magnitud adimensional definida en la forma
Donde y v tienen el mismo significado que en [1], D es la longitud característica del cuerpo (el diámetro, en el caso de una esfera) y es el coeficiente de viscosidad del fluido, que se mide en poises (P) en el sistema cegesimal (c.g.s.) y en DP en el S.I.
Caída de una columna vertical de fluido
Se dispone de tubos de vidrio de 1.6 m de longitud y cuyos radios pueden variar entre 0.1 y 0.5 mm. Se coloca el tubo verticalmente sobre un recipiente que contiene el líquido, tal como se muestra en la figura. Se succiona el líquido que asciende hacia arriba y cuando llega a una determinada altura se tapa el extremo superior con un dedo, mientras el otro extremo permanece en el depósito.
Se retira el dedo que obstruye la entrada de aire por el extremo superior, se pone en marcha un cronómetro y se mide el tiempo que tarda el líquido en caer una distancia x.
Cuando un líquido fluye por un capilar de radio R, con velocidad (media) v. La ley de Poiseuille afirma que el gasto G= πR2v es proporcional al gradiente de presión (p1-p2)/L entre dos posiciones 1 y 2 del capilar que distan L.
Si en un instante t la altura del líquido en el tubo vertical es x. La diferencia de presión p1-p2=ρgx debida a la altura de la columna de fluido en el tubo, mueve a la columna de fluido de longitud L=x con velocidad v.
Siendo ρ la densidad del fluido
Si inclinamos la varilla un ángulo θ, la diferencia de presión disminuye,
p1-p2=ρg(cosθ)x
Y la velocidad constante de caída del fluido v vale
Los valores de la densidad ρ de los líquidos analizados se proporcionan en la siguiente tabla
Líquido
Densidad (kg/m3)
Agua
1000
Acetona
791
Alcohol etílico
790
Anilina
1020
Cloroformo
1489
5.- Ascenso capilar.- Cuando un líquido asciende por un tubo capilar y moja las paredes del tubo, forma un menisco cóncavo en la superficie líquido-aire en virtud de una diferencia de presión entre el líquido contenido en el recipiente y la presión del líquido en el interior del capilar. Esta diferencia depresión provoca un ascenso del líquido en el interior del capilar que se detiene en el momento en que las presiones son iguales, es decir la presión hidrostática de la columna de líquido en el capilar y la presión fuera del mismo.
Método de doble capilar.- Con el propósito de tener mejores resultados, una variante del método es introducir un segundo capilar de diferente diámetro que el primero, así las alturas serán diferentes ya que resultan ser inversamente proporcionales a los radios de sus respectivos capilares. Aquí, lo importante es medir la diferencia de alturas entre el radio 1 (el tubo capilar de menor diámetro) y el radio 2 (tubo capilar de mayor diámetro).
CONCLUSIONES
Álvarez Loreto Elizabeth
En esta práctica pudimos observar como es el comportamiento de dos líquidos puros a distintas temperaturas. Mediante el viscosímetro de Ostwald obtuvimos las mediciones necesarias para determinar la viscosidad y tensión superficial, y aunque ya es un método antiguo, es la base fundamental para comprender y tener una idea más amplia sobre este tipo de cálculos. Posterior a estos cálculos procedimos a calcular los porcentajes de error, los cuales no resultaron tan altos, teniendo como resultado un desarrollo de la práctica favorable.
Hernández Laureano José Eduardo
En esta práctica se pudo observar como a mayor temperatura el tiempo disminuye la viscosidad de la substancia, ya que íbamos tomando distintas temperaturas y distintos tiempos para el agua destilada y la acetona, la tensión superficial se sacó introduciendo un tubo de un diámetro muy pequeño donde la substancia sube por ahí y después la mediamos y anotábamos la distancia que subió, al hacer los cálculos se comprobó que el experimento se apega mucho a los cálculos.
Laurencez González Lucero Monserrat
El conocer las propiedades físicas con las que cuenta un líquido(viscosidad, tensión superficial) nos es relevante en nuestra vida laboral, puesto que en la industria nos enfrentaremos a varias problemáticas en las que tendremos que hacer uso de estos conocimientos por ejemplo con la viscosidad podremos determinar qué tipo de aceite utilizar para lubricar una máquina ya que si nuestro aceite es muy viscoso puede dañar nuestra máquina, si bien la viscosidad tiene métodos mucho más modernos para poder medirla, pero es de gran ayuda saber métodos tradicionales, puesto que nuca sabemos cuándo la tecnología nos puede fallar. La práctica me resulto un poco complicada puesto que medir el tiempo en que determinada sustancia cambia de bulbo es un poco difícil ya que esto sucede muy rápido.
BIBLIOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial
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http://www.muyinteresante.es/ciencia/preguntas-respuestas/ique-es-la-tension-superficial
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/surten.html
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