Relatorio Final - Lab Fisica B - Tensão Superficial

RESUMO

Este experimento tem como objetivo calcular a tensão superficial da água e de duas soluções: água e detergente e óleo e água.

INTRODUÇÃO 

A Tensão Superficial é um fenômeno que ocorre em todos os líquidos, ela se caracteriza pela formação de uma espécie de membrana elástica em suas extremidades (a água possui a maior tensão superficial dentre todos os líquidos).

Há várias evidências desse fenômeno:

•        Insetos aquáticos são capazes de moverem-se sobre a superfície da água;

•        clipes de papel, lâminas de barbear e outros objetos pequenos podem flutuar sobre a superfície da água, mesmo sendo mais densos que ela;

•        na extremidade de um conta-gotas, um líquido sai na forma de gotas, e não como um filete contínuo (figura 1).[pic 1]

                                                                        Figura 1

Para entender a Tensão Superficial, considere um líquido com seu próprio vapor ou com o ar, como representado na Figura 2. Cada molécula no interior do líquido é atraída pelas demais moléculas igualmente, em todas as direções, enquanto as moléculas que estão na superfície são atraídas para o interior do líquido mais fortemente que em direção ao ar. Ocorre, então, uma contração espontânea da superfície.

Porém, por não ter o mesmo número de vizinhas, uma molécula na superfície apresenta maior energia potencial que as no interior do líquido.

[pic 2]

Figura 2

Fatores que influenciam na tensão superficial de um líquido:

•        De modo geral, a intensidade das forças de tensão superficial decresce com o aumento da temperatura. Isso ocorre porque, com maior energia cinética, as moléculas passam menos tempo próximas umas das outras e as forças intermoleculares ficam menos efetivas;

•        A tensão superficial pode diminuir por ação de substancias adicionada ao liquido e que se chamam surfactantes (O detergente é um exemplo).

MÉTODO TEÓRICO

Método de Du Nouy (ou método do anel):

Um anel é suspenso por um dinamômetro e uma base ajustável é utilizada para levantar o líquido no qual a tensão será medida, até que entrem em contato entre si, como mostra a figura 3;[pic 3]

 A base é abaixada para esticar a película do líquido que se forma em torno do anel.

O módulo da força FL que o líquido exerce sobre o anel, devido à sua tensão superficial, é dado por: [pic 4]

Em que γ é o coeficiente da tensão superficial (líquido em questão); 2πr é o perímetro do anel; Ө o ângulo de contato do líquido; e 2 é o fator de correção devido às duas películas que se formam (uma na parte interna e outra na parte externa do anel).[pic 5]

Quando o anel está em equilíbrio, a força lida pelo dinamômetro Fd tem módulo:[pic 6]

        Na qual PL é o peso do líquido (“preso” ao anel) e Panel é o peso do anel.

Quando essa força possui módulo máximo (iminência de se desprender), o ângulo de contato será Ө = 0º.

Desprezando o peso PL do líquido, subtraindo o peso do anel Panel e desconsiderando o fator de correção: [pic 7]

[pic 8]

Portanto,

Como o perímetro é dado por[pic 9]

O coeficiente de tensão superficial é dado por [pic 10]

[pic 11]

E sua incerteza é

MÉTODO EXPERIMENTAL

Materiais Utilizados:

• Dinamômetro;
• 2 anéis metálicos com diferentes diâmetros  ;
• Recipiente de vidro para líquido;
• Base elevatória;
• Água de torneira;
• Óleo;
• Detergente;
• Fita Métrica.

Procedimentos:

• Medição dos diâmetros dos anéis com fita métrica;
• No recipiente de vidro, colocou-se água e submergiu o anel com o auxilio da base elevatória;
• Abaixando lentamente a base, anotou-se a leitura do dinamômetro no instante que o anel se desprende da água (força máxima);
• Os procedimentos tiveram três repetições para a água pura e para as suas soluções com óleo e detergente.
• Com os resultados, foram calculadas as tensões superficiais.

DISCUSSÃO E RESULTADOS

Raios dos anéis

	Raio interno (mm)	Raio externo(mm)
Aro menor	24,5 ± 0,05 *	25,5 ± 0,05 *
Aro maior	38,0 ± 0,05 *	37,0 ± 0,05 *

*incerteza da fita métrica

Perímetros

	Perímetro (m)
Aro menor	0,314 ± 0,00005
Aro maior	0,471 ± 0,00005

Resultados das leituras do dinamômetro

Água “pura” (torneira)		Leitura 1 (N)	Leitura 2 (N)	Leitura 3 (N)	Média  (N)
Aro maior	0,0843	0,0843	0,0843	0,0843
Aro menor	0,0784	0,0784	0,0784	0,0784

Água + Detergente		Leitura 1 (N)	Leitura 2 (N)	Leitura 3 (N)	Média (N)
Aro maior	0,0735	0,0725	0,0735	0,0732
Aro menor	0,0706	0,0706	0,0715	0,0709