Como medir a tensão superficial

Vídeo: 5 - Como Influenciar o Executivo | 20/10 (Editado)

Contente

Passos
Método 1 de 3: usando um balancim
Método 2 de 3: por efeito capilar
Método 3 de 3: como determinar a tensão superficial relativa usando uma moeda
O que você precisa

A tensão superficial descreve a capacidade de um fluido de resistir à gravidade. Por exemplo, a água em uma mesa forma gotículas à medida que as moléculas de água são atraídas umas pelas outras, o que neutraliza a gravidade. É devido à tensão superficial que objetos mais pesados, como insetos, podem ser retidos na superfície da água. A tensão superficial é medida em força (N) dividida pela unidade de comprimento (m), ou energia por unidade de área. A força com a qual as moléculas de água interagem (força coesiva) cria tensão, resultando em gotas de água (ou outros líquidos). A tensão superficial pode ser medida com alguns itens simples encontrados em quase todas as casas e uma calculadora.

Passos

Método 1 de 3: usando um balancim

1 Escreva a equação da tensão superficial. Neste experimento, a equação para determinar a tensão superficial é a seguinte: F = 2Sd, Onde F - força em newtons (N), S - tensão superficial em newtons por metro (N / m), d é o comprimento da agulha usada no experimento. Vamos expressar a tensão superficial a partir desta equação: S = F / 2d.
- A força será calculada ao final do experimento.
- Antes de iniciar o experimento, use uma régua para medir o comprimento da agulha em metros.
2 Construa um pequeno braço oscilante. Este experimento usa um balancim e uma pequena agulha que flutua na superfície da água para determinar a tensão superficial.É necessário considerar cuidadosamente a construção do balancim, uma vez que a precisão do resultado depende disso. Você pode usar vários materiais, o principal é fazer uma barra horizontal de algo duro: madeira, plástico ou papelão grosso.
- Determine o centro da haste (por exemplo, um canudo ou régua de plástico) que você vai usar como barra transversal e faça um furo ou furo nesse lugar; este será o ponto de apoio da barra transversal, na qual ela girará livremente. Se você estiver usando um canudo plástico, basta furar com um alfinete ou prego.
- Faça furos ou furos nas extremidades da viga transversal de modo que fiquem igualmente espaçados do centro. Passe os fios pelos orifícios para pendurar o copo de peso e a agulha.
- Se necessário, apóie a viga com livros ou outros objetos duros o suficiente para mantê-la na horizontal. É necessário que a barra transversal gire livremente em torno de um prego ou haste cravada em seu meio.
3 Pegue um pedaço de papel alumínio e enrole-o em uma caixa ou pires. Não é necessário que este pires tenha uma forma quadrada ou redonda regular. Você vai enchê-lo com água ou algum outro peso, então certifique-se de que ele pode suportar o peso.
- Pendure uma caixa de papel alumínio ou pires em uma das extremidades da barra. Faça pequenos orifícios ao longo das bordas do pires e passe-os para que o pires fique pendurado na barra.
4 Pendure uma agulha ou clipe de papel na outra extremidade da barra de forma que fique na horizontal. Amarre uma agulha ou clipe de papel horizontalmente na linha que está pendurada na outra extremidade da barra. Para que o experimento seja bem-sucedido, é necessário posicionar a agulha ou clipe de papel exatamente na horizontal.
5 Coloque algo na barra, como plasticina, para equilibrar o recipiente de papel alumínio. Antes de iniciar o experimento, é necessário verificar se a barra transversal está posicionada horizontalmente. O pires de alumínio é mais pesado do que a agulha, então a barra na lateral do pires vai cair. Prenda plasticina suficiente no lado oposto da barra para que fique horizontal.
- Isso é chamado de equilíbrio.
6 Coloque a agulha ou clipe de papel pendurado em um recipiente com água. Esta etapa exigirá um esforço adicional para posicionar a agulha na superfície da água. Certifique-se de que a agulha não afunda na água. Encha um recipiente com água (ou outro líquido de tensão superficial desconhecida) e coloque-o sob a agulha suspensa de forma que a agulha fique diretamente na superfície do líquido.
- Certifique-se de que a corda que segura a agulha permanece no lugar e suficientemente esticada.
7 Pese alguns alfinetes ou uma pequena quantidade de gotas medidas de água em pequena escala. Você adicionará um alfinete ou uma gota de água ao pires de alumínio no balancim. Nesse caso, é necessário saber o peso exato com que a agulha sairá da superfície da água.
- Conte o número de alfinetes ou gotas de água e pese-os.
- Determine o peso de um alfinete ou gota d'água. Para fazer isso, divida o peso total pelo número de pinos ou quedas.
- Suponha que 30 alfinetes pesem 15 gramas, então 15/30 = 0,5, ou seja, um alfinete pesa 0,5 gramas.
8 Adicione alfinetes ou gotas de água um de cada vez em um pires de papel alumínio até que a agulha saia da superfície da água. Adicione um alfinete ou uma gota de água aos poucos. Observe a agulha com cuidado para não perder o momento em que, após o próximo aumento de peso, ela sairá da água. Assim que a agulha sair da superfície do líquido, pare de adicionar alfinetes ou gotas de água.
- Conte o número de pinos ou gotas de água que fizeram com que a agulha na extremidade oposta da barra saísse da superfície da água.
- Anote o resultado.
- Repita o experimento várias (5 ou 6) vezes para obter resultados mais precisos.
- Calcule a média dos resultados obtidos. Para fazer isso, some o número de pinos ou gotas em todos os experimentos e divida o total pelo número de experimentos.
9 Converta o número de pinos em força. Para fazer isso, multiplique o número de gramas por 0,00981 N / g. Para calcular a tensão superficial, você precisa saber a força necessária para levantar a agulha da superfície da água. Como você contou o peso dos pinos na etapa anterior para determinar a força, basta multiplicar esse peso por 0,00981 N / g.
- Multiplique o número de pinos no pires pelo peso de um pino. Por exemplo, se você colocar 5 pinos, cada um pesando 0,5 gramas, seu peso total será 0,5 gramas / pino = 5 x 0,5 = 2,5 gramas.
- Multiplique o número de gramas por um fator de 0,00981 N / g: 2,5 x 0,00981 = 0,025 N.
10 Insira esses valores na equação e encontre o valor que você está procurando. Os resultados obtidos durante o experimento podem ser usados para determinar a tensão superficial. Basta inserir os valores encontrados e calcular o resultado.
- Digamos que no exemplo acima o comprimento da agulha seja de 0,025 metros. Substituindo os valores na equação, obtemos: S = F / 2d = 0,025 N / (2 x 0,025) = 0,05 N / m. Assim, a tensão superficial do líquido é de 0,05 N / m.

Método 2 de 3: por efeito capilar

1 Aprenda sobre o efeito capilar. Para compreender os fenômenos capilares, é necessário primeiro familiarizar-se com as forças de adesão e coesão. A adesão faz com que o líquido adira a uma superfície dura como o vidro. Devido à força de coesão, as moléculas do líquido são atraídas umas pelas outras.A ação combinada das forças de adesão e coesão faz com que o líquido suba em finos tubos.
- A partir da altura da subida do líquido no tubo, a tensão superficial desse líquido pode ser calculada.
- Forças coesivas levam à formação de bolhas e gotículas na superfície. Quando um líquido entra em contato com o ar, as moléculas do líquido são atraídas entre si, resultando na formação de uma bolha.
- A adesão leva à formação de um menisco, que é perceptível nos pontos de contato do líquido com as paredes do vidro. A forma côncava do menisco é visível a olho nu.
- Um exemplo de efeito capilar é a elevação de um líquido em um canudo que é colocado em um copo d'água.
2 Escreva a equação para determinar a tensão superficial. A tensão superficial é calculada da seguinte forma: S = (ρhga / 2), Onde S - tensão superficial, ρ - densidade do líquido investigado, h - a altura do aumento do líquido no tubo, g - aceleração da gravidade devido à ação da gravidade sobre o líquido (9,8 m / s), uma é o raio do tubo capilar.
- Ao substituir os dados nesta equação, certifique-se de que eles são expressos em unidades métricas: densidade em kg / m, altura e raio em metros, aceleração da gravidade em m / s.
- Se a densidade do líquido não for fornecida com antecedência, ela pode ser encontrada no manual ou calculada usando a fórmula densidade = massa / volume.
- A tensão superficial é medida em newtons por metro (N / m). Newton é igual a 1 kg * m / s. Para determinar independentemente as unidades de medida, basta substituí-las na equação, sem valores numéricos: S = kg / m * m * m / s * m. Se reduzirmos dois metros no numerador e denominador, obteremos 1 kg * m / s / m, ou seja, 1 N / m.
3 Despeje o líquido de tensão superficial desconhecida no recipiente. Pegue um prato ou tigela rasa e despeje o líquido nele de modo que cubra o fundo em 2 a 3 centímetros. Não importa a quantidade de líquido, o principal é que seja bem visível quanto vai subir no tubo capilar.
- Se for fazer experiências com líquidos diferentes, limpe e seque bem o prato antes de despejar um líquido diferente nele, ou use um recipiente diferente a cada vez.
4 Mergulhe um tubo fino e limpo no líquido. A partir da altura do aumento do fluido neste tubo, você determinará a tensão superficial.Mantenha o tubo limpo para que você possa ver claramente o quão alto o líquido vai subir acima de seu nível no prato. Além disso, o tubo deve ter um raio constante.
- Para medir o raio, basta colocar uma régua no topo do tubo e determinar o diâmetro. Em seguida, divida o diâmetro por 2 e você encontrará o raio.
5 Meça a altura em que o líquido subiu acima de seu nível na placa. Mova a borda da régua até a superfície do líquido na bandeja e determine a que altura o líquido subiu no tubo. A água no tubo sobe porque a força de elevação da tensão superficial excede a força de tração da gravidade.
6 Insira esses valores na equação e faça os cálculos. Depois de determinar todos os valores necessários, insira-os na equação e encontre a tensão superficial. Certifique-se de converter todos os valores em unidades métricas para obter o resultado correto.
- Suponha que estejamos medindo a tensão superficial da água. A densidade da água é de cerca de 1 kg / m3 (neste exemplo, estamos usando valores aproximados). A aceleração da gravidade é de 9,8 m / s. Deixe o raio do tubo ser de 0,029 m, e a água atingiu uma altura de 0,5 m. Qual é a tensão superficial da água?
- Substitua os valores obtidos na equação e obtenha: S = (ρhga / 2) = (1 x 9,8 x 0,029 x 0,5) / 2 = 0,1421 / 2 = 0,071 J / m.

Método 3 de 3: como determinar a tensão superficial relativa usando uma moeda

1 Reúna tudo o que você precisa. Para este experimento, você precisará de um conta-gotas, uma moeda seca, água, uma tigela pequena, detergente para louça, óleo vegetal e uma toalha. Todos eles podem ser encontrados em casa ou comprados em sua loja local. Você pode passar sem sabão e óleo vegetal, mas precisará de alguns líquidos diferentes para comparação.
- Certifique-se de que a moeda está limpa e seca antes de iniciar o experimento. Se você usar uma moeda úmida, obterá resultados imprecisos.
- Este experimento não permite calcular a tensão superficial, apenas pode ser usado para comparar a tensão superficial de diferentes líquidos.
2 Deixe cair uma gota de líquido de cada vez na superfície da moeda. Coloque a moeda sobre uma toalha ou outra superfície que possa ser molhada. Pegue o primeiro líquido na pipeta e, em seguida, aplique lentamente uma gota na moeda. Ao fazer isso, conte as gotas. Continue até que o líquido escorra para fora da moeda.
- Registre quantas gotas foram necessárias para o líquido derramar para fora da moeda.
3 Repita este procedimento com diferentes fluidos. Limpe e seque a moeda sempre que trocar o fluido. Seque também a superfície em que você coloca a moeda. Use pipetas diferentes ou limpe a pipeta antes de um novo experimento.
- Experimente adicionar um pouco de detergente de louça à água e, em seguida, pingar água em uma moeda e ver se a tensão superficial muda.
4 Compare o número de gotas necessárias para diferentes líquidos encherem uma moeda. Tente repetir a experiência com o mesmo líquido várias vezes para ver se os resultados são precisos. Faça a média dos resultados: some o número de gotas em diferentes experimentos e divida o total pelo número de experimentos. Anote quantas gotas foram necessárias para os diferentes líquidos encherem a moeda.
- Quanto mais gotas de um determinado líquido forem necessárias para encher uma moeda, maior será a tensão superficial desse líquido.
- O detergente para a louça reduz a tensão superficial da água; adicionando-o, serão necessárias menos gotas para encher a moeda.