PRÁCTICA 1 PARTE 1: CAPILARIDAD, VISCOSIDAD, TENSIÓN SUPERFICIAL PARTE 2: MEDIDA DE PRESIONES

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1 PRÁCTICA 1 PARTE 1: CAPILARIDAD, VISCOSIDAD, TENSIÓN SUPERFICIAL PARTE 2: MEDIDA DE PRESIONES 1 de 14

2 CAPILARIDAD OBJETIVO Comprender el fundamento de la capilaridad. Aplicar la fórmula de Jurin para calcular la altura de un capilar. Contrastar el valor medido físicamente y el obtenido mediante la fórmula. FUNDAMENTO TEÓRICO Cuando un líquido entra en contacto con un sólido: si la adhesión del líquido con el sólido es mayor que la cohesión en el líquido, el líquido ascenderá por el sólido (figura izquierda). si la adhesión del líquido con el sólido es menor que la cohesión en el líquido, el líquido descenderá y el menisco es curvado hacia abajo (figura derecha). Sólo es apreciable para pequeños diámetros. La curvatura con el sólido la medimos mediante el ángulo θ. Cálculo de la altura h de ascensión o descenso: Para el caso de un tubo de vidrio tenemos, tal y como se observa en la figura, que la fuerza debida a la tensión superficial es: σ. π.. cosθ. Esta fuerza será igual al peso del líquido elevado W, con lo que tenemos que: σ. π..cosθ σ: tensión superficial del agua (N/m) θ: ángulo del menisco entre el líquido y el sólido. = W π. = ρ. g σ.cosθ. h h = ρ. g. 2 de 14

3 ACTIVIDADES A REALIZAR 1. Observar la diferente altura que tiene el agua en cada tubo: a menor diámetro, mayor altura. 2. Medir la altura alcanzada por el agua en el tubo más estrecho. 3. Aplicar la fórmula teórica y contrastar el resultado con la altura medida. Datos: Diámetro del tubo más estrecho: 2mm. Ángulo del menisco entre agua y vidrio: 50º. 3 de 14

4 VISCOSIDAD OBJETIVO Comprender el concepto de viscosidad. Medir la viscosidad de la glicerina. Contrastar el valor obtenido de forma experimental con el valor de las tablas. FUNDAMENTO TEÓRICO Propiedad de los fluidos que caracteriza su resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus moléculas. La unidad empleada para medir la viscosidad dinámica µ en el Sistema Internacional es el Poiseuille (Pl): Pl = y en el sistema cgs es el Poise (P): P = La viscosidad cinemática es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad υ = y se mide en [m2/s] en el Sistema Internacional y en Stoke (St) N s 2 m dina 2 cm µ ρ cm St = s 2 en el sistema cgs:. s 4 de 14

5 MEDIDA DE LA VISCOSIDAD La viscosidad se medirá de forma experimental por medio de un viscosímetro de Brookfield. Los pasos a seguir se detallan a continuación: 1. Mediremos la viscosidad de la glicerina dos veces, utilizando en cada ocasión dos cilindros diferentes: LV2 y LV3. 2. Levantar el viscosímetro mediante la rueda de la derecha. 3. Enroscar el cilindro seleccionado en el sentido de las agujas del reloj. 4. Sumergir el cilindro en el líquido hasta la muesca, utilizando la rueda de la derecha. 5. Encender el motor y ajustar la velocidad de giro con el selector de velocidad para obtener una lectura adecuada. Se debe mantener el giro constante durante cierto tiempo para permitir que la lectura se estabilice. 6. Con el embrague presionado apagar el motor para obtener la lectura de la viscosidad en el dial. 7. Seleccionar el factor adecuado atendiendo a la gama de cilindro y a la velocidad de giro empleada. 8. La viscosidad del fluido se obtiene directamente en cp (centipoise) como resultado del producto de la lectura obtenida y el factor correspondiente. Tened cuidado con las unidades. Se recomienda utilizar el Sistema Internacional. 5 de 14

6 OBJETIVO TENSIÓN SUPERFICIAL Determinación de la tensión superficial a partir de la fuerza de tracción medida. Comparar dicho valor con el de tablas. FUNDAMENTO TEÓRICO La tensión superficial se debe a que cada molécula de la superficie de un líquido sólo puede sentir el efecto de las fuerzas de atracción de las moléculas vecinas de un único lado (ver figura). La fuerza resultante sobre la molécula observada tiene una dirección vertical a la superficie y sentido hacia el interior del líquido. Se puede medir la tensión superficial con, por ejemplo, un anillo de metal con filo agudo que se sumerge en el líquido y queda totalmente cubierto por él. Si se retira el anillo lentamente del líquido, se alza una delgada membrana de superficie del líquido que tira del anillo. La longitud de superficie en contacto será la de la cara interior más la de la cara exterior. σ = F l F F F = = = 2πR + 2πR 4πR 2πd Siendo d el diámetro del anillo. 6 de 14

7 MEDIDA DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL 1. Fijarse en el dinamómetro la posición del manguito (no empieza desde el cero). 2. Ascender la plataforma hasta que el anillo quede sumergido en el agua. 3. Hacer descender con cuidado la plataforma leyendo siempre sobre el dinamómetro la fuerza de tracción. Cuando la fuerza de tracción deja de aumentar a pesar de que la plataforma sigue bajando, se está cerca de la ruptura de la membrana. 4. Leer y anotar la fuerza de tracción inmediatamente antes de la ruptura de la membrana. Dato: diámetro del anillo 60 mm 7 de 14

8 MEDIDA DE PRESIONES FUNDAMENTO TEÓRICO 1. Presión absoluta y relativa Presión absoluta: el nivel de referencia para el establecimiento de la presión es el vacío, por lo que será siempre positiva. Presión relativa o manométrica: el nivel de referencia es la presión del medio ambiente, pudiendo adoptar valores positivos o negativos. Los medidores de presión que miden la diferencia de presiones entre la presión medida y el medio ambiente se llaman manómetros. Normalmente la presión del medio ambiente va a ser la presión atmosférica. Para medir la presión atmosférica utilizamos un barómetro. 2. Dos puntos del mismo fluido que están a la misma altura tienen la misma presión. 3. La presión de un punto es igual a la presión de un punto que está por encima, más el producto del peso específico del fluido y la altura existente entre los dos puntos. p 4. La ley de Pascal indica que la presión ejercida en un punto de un fluido en equilibrio se transmite íntegramente en todos los sentidos. 5. Las alturas de columna de líquido se pueden convertir en unidades de presión sin más que multiplicar dicha altura por el peso específico del líquido: B p = = p + γ h F A A p h = p = γ h γ ; 8 de 14

9 OBJETIVO Parte 1: MANÓMETROS DIFERENCIALES DE MERCURIO Medir la misma presión manométrica en dos unidades diferentes y comprobar que efectivamente es la misma presión. Manejar con soltura las diferentes unidades de presión y saber convertir unidades de presión en altura de columna de líquido. Parte 2: Medir la presión absoluta ejercida por la atmósfera mediante un barómetro de mercurio. En este caso debemos tomar como nivel de referencia el vacío para obtener dicha lectura absoluta. Es necesario por lo tanto que en uno de los dos ramales esté hecho el vacío. MÉTODO PARTE 1 1. Abrimos las llaves de los dos manómetros. 2. Utilizando la bomba de aire, introducimos presión en el manómetro 1 (a la izquierda) y en el manómetro 2 (a la derecha). 3. En el manómetro 1 leemos la diferencia de altura entre las dos superficies libres del mercurio, la del tubo y la del depósito (metro de columna de mercurio). 4. En el manómetro 2 leemos directamente en milibar la presión ejercida. 5. Comprobar que es la misma presión poniendo, por ejemplo, las dos medidas en Pascal (Pa) y en metro de columna de agua (mca). 9 de 14

10 MÉTODO PARTE 2 1. Cerramos la llave de entrada de aire al manómetro 2 situada en la parte trasera (llave roja). 2. Utilizando la bomba de aire, introducimos presión en el manómetro 1. Observamos cómo el mercurio asciende. Con cuidado para que el mercurio no desborde, cuando éste alcance el depósito de la parte superior, cerramos la válvula superior. 3. Cerramos la llave de entrada al manómetro 1. Esta llave especial cierra la entrada de aire proveniente de la bomba pero deja entrar, a través de su pequeño agujero, aire de la atmósfera. 4. El mercurio desciende hasta indicar una diferencia de altura entre el depósito y el tubo. Si nos fijamos, el depósito de mercurio está en contacto con la presión atmosférica y en la parte superior del tubo hay vacío. 5. Por tanto, dicha diferencia de altura entre las superficies del mercurio (la del depósito y la del tubo) debería ser la presión absoluta ejercida por la atmósfera, esto es, la presión atmosférica. Hemos construido un barómetro. 10 de 14

11 MANÓMETROS BOURDON. PRINCIPIO DE PASCAL OBJETIVO Comprobar la ley de Pascal. Aprender a tarar los manómetro tipo Bourdon. Manejar sin dificultades las unidades de presión. FUNDAMENTO Se dispone de dos manómetros tipo Bourdon conectados a un mismo sistema de calibración de manómetros. El sistema consta de un cilindro hueco en el que se aloja un pistón de sección conocida. En la parte superior del pistón se pueden colocar diferentes pesas de masa conocida. Por la parte inferior del pistón se introducirá aire a presión, de forma que el propio pistón junto con las masas colocadas sobre el mismo queden en equilibrio. La presión introducida se mide simultáneamente en dos manómetros colocados a tal efecto. MÉTODO 1. Se selecciona una masa determinada y se coloca sobre el pistón. 2. Utilizando la bomba de aire, se introduce con suavidad presión en el sistema. El pistón ascenderá elevando la masa colocada sobre el mismo. 3. Se hacen girar las masas y se anotan las medidas obtenidas en ambos manómetros, verificando su exactitud teniendo en cuenta el área de aplicación y la masa elevada. 4. Se repite el procedimiento para diferentes masas. Dato: sección del pistón: 300 mm2. Nota.- No se debe tirar del pistón hacia arriba, pues generaría una presión negativa que puede dañar los manómetros. 11 de 14

12 TUBO CON LÍQUIDOS INMISCIBLES OBJETIVO Comprender que dos puntos del mismo líquido que están a la misma profundidad tienen la misma presión. Obtener la densidad del líquido rojo. 12 de 14

13 MANÓMETRO DIFERENCIAL DE LÍQUIDO AZUL OBJETIVO Medir presión en depósito a través de un manómetro diferencial. FUNDAMENTO Podemos medir la presión de un depósito de una manera sencilla y barata. Para ello se puede utilizar un manómetro con un líquido intermedio inmiscible. Estos manómetros sirven también para medir las diferencias de presiones entre dos depósitos. Se dispone de un tubo doblado en forma de U que contiene un líquido manométrico azul de densidad relativa 1,114. Las dos ramas del tubo se ponen en contacto a través de aire con dos probetas o depósitos. Para simular presión en los depósitos, la probeta de la derecha tiene una pistola de vacío y la de la derecha un tubo sumergido en agua. MÉTODO 1. Ponemos los dos depósitos o probetas a presión atmosférica. Para ello la válvula de la probeta derecha debe estar abierta y el tubo de la probeta izquierda debe estar fuera del agua. El líquido azul alcanza el mismo nivel en las dos ramas del tubo. 2. Mediante la pistola variamos la presión del conducto de la probeta derecha cerrando a continuación la válvula, estableciendo así una diferencia de cotas en la propia probeta y en el tubo. 3. Medimos la diferencia de cotas en la propia probeta. Calculamos la depresión generada en la probeta derecha. 4. Medimos la diferencia de cotas del líquido azul en el manómetro diferencial. Comprobamos que ambos valores coinciden en las unidades adecuadas. Hemos construido un manómetro. 5. Podríamos continuar introduciendo la toma izquierda en su probeta. Entonces podríamos medir en el manómetro la diferencia de presiones entre los dos depósitos. 13 de 14

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