Este documento describe un experimento para determinar la tensión superficial del agua y el alcohol mediante la medición de la altura alcanzada por estos líquidos en un popote debido a la capilaridad. Los resultados experimentales se comparan con los valores teóricos calculados usando la ley de Jurin. El documento también explica que el mercurio no muestra capilaridad debido a que sus fuerzas de cohesión son mayores que las de adherencia.

1. 2015
08/04/2015
Elementos de Hidráulica
Laboratorio #2
Tensión Superficial y Capilaridad

2. TensiónSuperficial yCapilaridad
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Objetivos
Objetivo general
Determinar la fuerza de tensión superficial que ejerce un líquido
(H2O), refiriéndola a la unidad de longitud sobre la que actúa esta
fuerza.
Obtener a través de los cálculos necesarios la altura “h” que alcanzo el
agua y el alcohol en el popote y comprendera por medio de la teoría a
que se debe este fenómeno.
Formular conclusiones en base a la experiencia realizada.
.
Equipos y materiales
Materiales:
1. Alcohol
2. Agua
Equipos:
1. Probetas
2. Pie de rey (vernier)
3. Popote
4. regla

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Introducción
Cuando se trata de los líquidos, su superficie se comporta
como si fuera una membrana elástica tensa, propiedad que se
conoce como tensión superficial. Esto se debe a que cualquier
partícula en el seno de un líquido se encuentra rodeada de
otras partículas que ejercen sobre ellas fuerzas iguales en
todas direcciones, por lo que se equilibran entre sí; otras
partículas que se encuentran en la superficie libre, solo están
rodeadas por un lado por partículas que, al atraerla hacen que
aparezcan fuerzas laterales en todas direcciones que tienden a
disminuir el área de la superficie libre del líquido, y una
fuerza hacia el interior del líquido que tiende a disminuir su
volumen.
A muchas personas, al menos una vez en su vida, se le ha roto
un termómetro de mercurio, hecho lamentable un poco por su
valor y otro tanto por lo costoso que es juntar las pelotitas que
forma el material sobre la superficie en que se derramó. Pero,
¿alguien alguna vez se preguntó por qué esta sustancia forma
esas bolillitas? Esto sucede debido a la tensión superficial, una
propiedad específica de la materia.

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1. Tensión superficial
Las fuerzas de atracción y de repulsión intermolecular afectan a
propiedades de la materia como el punto de ebullición, de fusión, el
calor de vaporización y la tensión superficial. Dentro de un líquido,
alrededorde una molécula actúan atracciones simétricas pero en la
superficie, una molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada
por moléculas y en consecuencia es atraída hacia adentro del
líquido por las moléculas que la rodean. Esta fuerza de atracción
tiende a arrastrar a las moléculas de la superficie hacia el interior
del líquido (tensión superficial), y al hacerlo el líquido se comporta
como si estuviera rodeado por una membrana invisible.
Datos básicos
 Las fuerzas superficiales (cohesión: líquido-líquido,
adhesión: líquido-sólido) son responsables de
muchos fenómenos con interés biológico, basadas
en los conceptos de tensión superficial y
capilaridad.
 Los líquidos tienen un volumen fijo. Sin embargo,
su forma varía (cambia el área de la superficie que
los envuelve): se adaptan al recipiente (ocupando
la zona más baja por gravedad) dejando una
superficie libre (no totalmente plana) o adoptan
formas especiales: gotas, pompas y burbujas.

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La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido
presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma
esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los
tubos capilares y de la flotación de objetos u organismos en la
superficie de los líquidos.
Termodinámicamente la tensión
superficial es un fenómeno de
superficie y es la tendencia de un
líquido a disminuir su superficie
hasta que su energía de superficie
potencial es mínima, condición
necesaria para que el equilibrio sea
estable. Como la esfera presenta un
área mínima para un volumen dado,
entonces por la acción de la tensión
superficial, la tendencia de una
porción de un líquido lleva a formar
una esfera o a que se produzca una
superficie curva o menisco cuando
está en contacto un líquido con un

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recipiente.
A la fuerza que actúa por centímetro de longitud de una
película que se extiende se le llama tensión superficial del
líquido, la cual actúa como una fuerza que se opone al
aumento de área del líquido. La tensión superficial es
numéricamente igual a la proporción de aumento de la energía
superficial con el área y se mide en erg/cm2 o en dinas/cm.
La energía superficial por centímetro cuadrado se representa
con la letra griega gamma (g).

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2. Capilaridad
La capilaridad es una propiedad de los líquidos
que depende de su tensión superficial la cual, a su
vez, depende de la cohesión del líquido y que le
confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo
capilar.
Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es
debido a que la fuerza intermolecular o cohesión
intermolecular entre sus moléculas es menor que la
adhesión del líquido con el material del tubo; es decir,
es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo
hasta que la tensión superficial es equilibrada por el
peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del
agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente
su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía
para vencer la gravedad.
Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas
de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del
mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y
su superficie es convexa.
2.1 Ley de Jurin
La ley de Jurin define la altura que se alcanza cuando se equilibra el
peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensiónpor capilaridad.
La altura h en metros de una columna líquida está dada por la
ecuación:
Efecto de capilaridad

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Ángulo de contacto.
Dónde:
= tensión superficial interfacial (N/m)
θ = ángulo de contacto
ρ = densidad del líquido (kg/m³)
g = aceleración debida a la gravedad (m/s²)
r = radio del tubo (m)
Para un tubo de vidrio en el aire a nivel del mar y lleno de agua,
= 0,0728 N/m a 20 °C
θ = 0°
ρ = 1000 kg/m³
g = 9,80665 m/s²
Entonces, la altura de la columna de agua, en metros, será:
.
Por ejemplo, en un tubo de 1 mm de radio, el agua ascenderá por
capilaridad unos 14 mm.

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Procedimientos
I. Parte. Tensión superficial del agua, h
 Se llena una probeta con una cierta cantidad de agua para el
experimento.
 Se mide el diámetro del popote (carrizo) con el calibrador
vernier.
 Se anota las medidas
 Se introduce el carrizo en el agua tomando una cantidad al
introducirlo y tapando con el dedo un extremo del carrizo.
 Se procede a medir con una regla la cantidad h de agua en el
carrizo.
 Se procede a calcular mediante análisis matemático.
II. Parte. Tensión superficial del alcohol
 Se llena una probeta con cierta cantidad de alcohol para el
experimento.
 Se mide el diámetro del popote (carrizo) con el calibrador
vernier.
 Se anota las medidas

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 Se introduce el carrizo en el alcohol tomando una cantidad al
introducirlo y tapando con el dedo un extremo del carrizo.
 Se procede a medir con una regla la cantidad h de alcohol en
el carrizo.
 Se procede a calcular mediante análisis matemático.
III. Parte. Por qué el mercurio no moja?
 Paso mostrado mediante investigación teórica y explicativa
grupal de laboratorio.
Cálculos y resultados
I. Parte. Experimento con el agua
Diámetro del popote = 0.7cm  0.007 m
Altura experimental de agua en el popote h = 0.3cm 
0.003m
𝜎 𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐( 𝒄𝒐𝒔𝜽) = 𝜸
𝝅𝒅 𝟐
𝒉
𝟒
ℎ =
4 𝜎
𝛾 𝑑
Agua h =
4( 0.073
N
m
)
9810
N
m3 ( 0.007 m )
h 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 =
0.092 𝑚
68.67
= 0.004 𝑚 ~ 0.4 𝑐𝑚

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% 𝑒 = ⋮
ℎ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 − ℎ 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
ℎ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎
⋮ × 100
% 𝑒 = ⋮
0.004 𝑚 − 0.003 𝑚
0.004 𝑚
⋮ × 100 = 25%
II. Parte. Experimento con el alcohol
Diámetro del popote = 0.7cm  0.007 m
Altura experimental del alcohol en el popote h = 0.2cm 
0.002m
𝜎 𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐( 𝒄𝒐𝒔𝜽) = 𝜸
𝝅𝒅 𝟐
𝒉
𝟒
ℎ =
4 𝜎
𝛾 𝑑
Agua h =
4( 22.8 x103 N
m
)
7720
N
m3 ( 0.007 m )
h 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 =
0.0912 𝑚
54.04
= 0.001 𝑚 ~ 0.1 𝑐𝑚
% 𝑒 = ⋮
ℎ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 − ℎ 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
ℎ 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎
⋮ × 100
% 𝑒 = ⋮
0.001 𝑚 − 0.002 𝑚
0.001 𝑚
⋮ × 100 = −100%
III. Parte. ¿Por qué el mercurio no moja?

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Para ver por qué el mercurio no moja y el agua y demás
líquidos si mojan debemos destacar dos fuerzas: fuerza de
cohesión fuerza que mantiene unido un compuesto o cuerpo,
en los sólidos son muchos mayores que en los líquidos, a
mayor fuerza de cohesión más dificultad de dividir ese
compuesto. Fuerza de adherencia que posee un compuesto
cuando se pone en contacto con la superficie.
El mercurio no moja por que las fuerzas de cohesión que lo
mantienen unidos son mayores a las fuerzas de adherencia, por
lo tanto esto impide que una gota de mercurio se entienda y se
adhiera por una superficie.
Conclusiones
La realización de la experiencia para medir la tensión superficial de
estos líquidos me sirvió principalmente para cumplir el “ver para
creer” puesto que se pudo dar respuesta a los diversos interrogante
que se presentan en nuestro diario vivir, y se pudieron disipar
algunas dudas que frecuentemente observamos y no sabemos darle
una respuesta lógica a estos fenómenos.
Pudimos llegar a la conclusión que según el principio de la tensión
el agua tendió a subir una altura h, el cual dependería de la fuerza de
cohesión y adhesión que son propias del líquido que ascendió por las
fuerzas atractivas entre sus moléculas dentro del tubo capilar.
Llegamos a la conclusión que para que haya capilaridad la fuerza de
cohesión natural que tiene que ser mayor a la fuerza de adhesión. Y
que la tensión superficial de un líquido es una propiedad exclusiva y

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específica de cada líquido, y que depende de la temperatura, estado
del entorno, presión atmosférica.
Recomendaciones
Al medir el diámetro del popote tratar de no presionar tanto con el
calibrador para que no nos dé una medida errónea.
Cuando vas a medir con la regla la altura del agua y el alcohol, hay
que hacerlo con mucha delicadeza para evitar que se salga el líquido
del popote.
Después de la experiencia aprendida segur experimentando con
otros líquidos para adquirir conocimientos.
Anexos

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Bibliografía
a. http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial

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b. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introducci
on/introduccion.htm
c. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbas
icosmfluidos/cohesi%C3%B3n/Tension%20superficial.htm
d. tema II tensión superficial, Dr. Juan pablo torres papaqui,
departamento de astronomía, universidad de Guanajuato-
mexico-2011. PDF