Relatório Tensão superficial e capilaridade

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

UNIFEI – CAMPUS DE ITABIRA

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

Disciplina: Física Experimental II – FIS313

PRÁTICA 3:

Tensão superficial e Capilaridade

Alunos: Gabriela Pereira L. C. Alves                                             RA: 16666

          Taiane Quaresma Leite                                                     RA: 16745

Turma de Aula Prática: P3.

Professor:  Márcio Tsuyoshi Yasuda.

Itabira, 08 de Outubro de 2009.

        

1- Introdução:

Nesta prática foram observadas propriedades dos fluídos como, tensão superficial, meniscos e capilaridade de um fluido, descritos rapidamente abaixo.

Tensão superficial

Na Física, a tensão superficial é um efeito que ocorre na camada superficial de um líquido que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica. As moléculas situadas no interior de um sólido são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas e, por isso, a resultante das forças que atuam sobre cada molécula é praticamente nula. No entanto, as moléculas da superfície do líquido sofrem apenas atração lateral e inferior. Esta força para o lado e para baixo cria a tensão na superfície, que faz a mesma comportar-se como uma película elástica. O resultado é que a película que fica na superfície sofre uma atração para dentro do próprio líquido. Essa tendência é contrabalançada pela resistência das moléculas de dentro que só podem ceder espaço até certo ponto. Quando o equilíbrio é alcançado a tendência das moléculas superficiais de penetrarem no líquido é equilibrada pela resistência das demais que estão no interior. Esta força para o lado e para baixo cria a tensão na superfície, que faz a mesma comportar-se como uma película elástica.

 A tensão superficial está presente em situações interessantes como por exemplo, colocando-se cuidadosamente uma pequena agulha sobre a superfície da água, observa-se que ela pode permanecer sobre a película superficial sem afundar no líquido, apesar de ser muito mais densa que a água.

A razão entre a força resultante sobre as moléculas da superfície (ou Tensão superficial, F) e o comprimento do perímetro da área superficial (l), é chamada coeficiente de tensão superficial (γ).

Meniscos

              Nas proximidades da parede de um recipiente, uma molécula do líquido (mostrada em cor vermelha na Figura (1)) experimenta as seguintes forças:

• Seu peso, P
• A força de coesão (Fc) que exercem o resto das moléculas do líquido sobre esta molécula.
• A força de aderência (Fa) que exercem as moléculas da parede sobre a molécula do líquido.

[pic 2]

Figura 1

Suponha desprezível a força que exercem sobre a molécula considerada, as moléculas de vapor acima da superfície do líquido.

Na figura da esquerda, são mostradas as forças sobre duas moléculas, uma que está muito próxima da parede e outra que está mais distante.

Na figura da direita, mostramos a resultante destas forças e a superfície é sempre normal a resultante. Quando as moléculas estão distantes da parede, a resultante devida ao peso e as forças de coesão (as forças de aderência são desprezíveis) é vertical para baixo, a superfície é então, horizontal.

Podem ocorrer dois casos segundo seja a intensidade das forças de coesão e aderência.

• Que o líquido molhe, por exemplo, água em um recipiente de vidro. As forças de aderência são muito maiores que as de coesão.
• Que o líquido não molhe, por exemplo, mercúrio em um recipiente de vidro. As forças de coesão são maiores que as de aderência.

Nos líquidos que molham a resultante das forças que atuam sobre as moléculas próximas a parede, está dirigida para o interior da parede (veja a figura da direita), por que a forma da superfície do líquido é côncava (menisco côncavo).

Nos líquidos que não molham a resultante das forças que atuam sobre as moléculas próximas a parede, está dirigida para o interior do líquido, por que a forma da superfície do líquido será convexa (menisco convexo).

[pic 3]      Figura 2

Recebe o nome de ângulo q  de contato, ao formado pela tangente a superfície do menisco no ponto de contato com a parede. Este ângulo é agudo quando o líquido molha e é obtuso quando o líquido não molha.

        Fenômenos capilares

Se colocarmos um capilar verticalmente em um recipiente de líquido que molhe, o líquido sobe pelo capilar, até alcançar determinada altura. Se o líquido não molha, o nível de líquido no capilar é menor que no recipiente.

Devido à curvatura de uma superfície é produzida uma sobre pressão em seu interior, que já foi estudada em páginas anteriores.

[pic 4] Figura 3

A superfície do menisco no capilar pode ser considerada como uma casca esférica de raio R. A relação entre o raio do capilar r, o raio do menisco R e o ângulo de contato θ , é de acordo com na expressão 1: r = Rcosθ    (1)

Devido à curvatura da superfície haverá uma sobre pressão para o centro do menisco, que de acordo com a lei de Laplace (superfície de uma face), será como na expressão 2:

[pic 5]         (2)

Por efeito desta sobre pressão, o líquido sobe uma altura h, dada pela expressão 3: