Medida de la tensión superficial mediante por el procedimiento de la burbuja

Se mide la tensión superficial de un líquido, a partir de la medida de la sobrepresión en el interior de una burbuja de aire formada en el interior de dicho líquido.

Descripción

El dispositivo experimental se muestra en la figura. Se inyecta con cuidado aire por el tubo A, 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.

tension_6.gif (8323 bytes)

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 p₀más la de la columna de líquido de densidad ρ y altura h.

p_e=p₀+ρ 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_m marcada por el manómetro que contiene un líquido (líquido manométrico) de densidad ρ_m.

p_i=p₀+ρ_mgh_m

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

$p_{i} - p_{e} = \frac{2 γ}{R}$

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 γ llegamos a la siguiente fórmula

$γ = \frac{R g}{2} (ρ_{m} h_{m} - ρ h)$

Ejemplo 1

Líquido elegido: agua
Radio del capilar R=1 mm
Densidad del agua ρ=1000 kg/m³
Profundidad del extremo del capilar h=3 cm
Densidad del líquido manométrico ρ_m=800 kg/m³
Diferencia de alturas en el manómetro h_m=2·2.8 =5.6 cm

$γ = \frac{0.0001 \cdot 9.8}{2} (800 \cdot 0.056 - 1000 \cdot 0.03) = 0.0725 N/m$

Ejemplo 2

Líquido elegido: glicerina
Radio del capilar R=2 mm
Densidad de la glicerina ρ=1260 kg/m³
Profundidad del extremo del capilar h=7.2 cm
Densidad del líquido manométrico ρ_m=800 kg/m³
Diferencia de alturas en el manómetro h_m=2·6.0 =12 cm

$γ = \frac{0.0002 \cdot 9.8}{2} (800 \cdot 0.12 - 1260 \cdot 0.072) = 0.052 N/m$

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 en el control de selección titulado Líquidos

Se utiliza un capilar cuyo radio podemos cambiar actuando en la barra de desplazamiento titulada Radio 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.

Calculamos la tensión superficial γ del líquido seleccionado. Para ello, necesitamos además, los datos de la densidad ρ del líquido seleccionado y del líquido manométrico (aceite) ρ_mempleado.

Líquido	Densidad (kg/m³)
Agua	1000
Aceite	800
Alcohol	790
Glicerina	1260

Finalmente, se pulsa en el botón titulado Respuesta para comparar el valor calculado de la tensión superficial con el proporcionado por el programa interactivo.

CalibreApplet aparecerá en un explorador compatible con JDK 1.1.

Se arrastra con el puntero del ratón la flecha de color rojo

Referencias

Howie F. H. A basic surface tension apparatus for educational purposes. Phys. Educ. 17 (1982), pp. 274-277