!"#$%&'()*+,-'#&*'!-./0+-+*'11! '728'9/:/*.0/;!

Transcrição

1 "#$%&'()*+,-'#&*'-./0+-+*' '728'9/:/*.0/; Programa "#$%&'(%&)*+%*,-%./01%23,43*56 7%&*8)*,-% $).(3:8)+%(%&1*0)* ;&<,4)+%0)&=30=) $%&'(%&)*+%=.3&*-).=%D+1E,*8)%)*()*%

2 Tensão superficial O fenómeno da tensão superficial faz com que a superfície de um líquido se comporte como uma membrana. 3 Tensão superficial A força total sobre a molécula A é nula. É puxada de igual forma em todas as direcções. A força total sobre a molécula B não é nula. Não tem moléculas acima. 4

3 Tensão superficial O efeito efectivo da resultante destas forças em todas as moléculas da superfície do líquido faz com que o líquido se contraia. A superfície tende a adquirir a menor área possível. Exemplo: As gotas de água tomam a forma esférica visto a esfera apresentar a menor razão superfície/volume. 5 Tensão superficial sobre uma agulha A tensão superficial permite que uma agulha de aço flutue embora a sua densidade seja muito maior que a da água. A agulha provoca uma pequena depressão na superfície do líquido. As componentes verticais das forças exercidas pelo líquido contrabalançam o peso da agulha. 6

4 Equação da tensão superficial A tensão superficial é definida como a razão entre a intensidade das forças exercidas pela superfície do líquido (interface) e o comprimento ao longo da qual são exercidas. ou " = F tot L tot no caso de existirem várias interfaces. Unidade SI: N/m 7 Tensão superficial em termos de energia As unidades da tensão superficial podem escrever-se em termos de energia por unidade de área. Um sistema está em equilíbrio quando a sua energia é mínima. 8

5 Medição da tensão superficial A força é medida quando o anel se liberta do líquido. " = F tot L tot = F 2L A força F é a força exercida descontado o peso do anel. O factor 2L resulta das forças actuarem do lado de dentro e do lado de fora do anel. 9 Notas sobre a tensão superficial A tensão superficial dos líquidos diminui com o aumento da temperatura. A tensão superficial pode diminuir por acção de substancias adicionadas ao líquido e que se chamam surfactantes. O detergente é um exemplo de surfactante. 10

6 11 Caminhando sobre a água Força total exercida de cada lado da pata do insecto Admitindo que a ponta da pata do insecto é semi-esférica perímetro da extremidade da pata Componente vertical da força F F v mg 12

7 Se o insecto não se afunda as forças em presença têm que se equilibrar 6 patas Se o insecto tiver uma massa de 0,02 g (pequenito) e um raio da pata de 0,15 mm obtermos para o ângulo 13 Um olhar mais próximo s/ a superfície dos líquidos: adesão e coesão Mercúrio Água 14

8 Um olhar mais próximo s/ a superfície dos líquidos: adesão e coesão A forma dos meniscos depende: das forças de coesão interiores ao líquido das forças de adesão entre o líquido e as paredes dos contentores Surgem fenómenos de capilaridade que resultam na subida/descida do líquido pelos contentores (poros) 15 Um olhar mais próximo s/ a superfície dos líquidos: adesão e coesão Chamam-se forças de coesão (ou coesivas) às forças entre as moléculas do líquido. Chamam-se forças de adesão (ou adesivas) às forças entre as moléculas do líquido e, por exemplo, as do contentor (forças entre moléculas diferentes). A forma da superfície de contacto entre o líquido e um meio exterior depende da relação entre essas forças. 16

9 Superfície de contacto Líquido-Sólido: caso 1 No caso em que as forças adesivas são superiores às forças de coesão: O líquido sobe pelas paredes do contentor. Diz-se que o líquido molha a superfície de contacto. 17 Superfície de contacto Líquido-Sólido: caso 2 Se as forças de coesão são superiores às forças adesivas: O líquido encurva para baixo na interface Diz-se que o líquido não molha a superfície de contacto. 18

10 Ângulo de contacto: 19 Ângulo de contacto: adesão e coesão Se o ângulo de contacto, < 90, as forças adesivas são maiores que as forças de coesão. Se o ângulo de contacto, > 90, as forças de coesão são maiores que as forças adesivas. 20

11 Capilaridade É o fenómeno que resulta do jogo entre as forças de tensão superficial e as forças adesivas. O líquido sobe no tubo quando as forças adesivas são maiores que as forças de coesão. Na linha de contacto entre o líquido e a superfície, as forças resultantes apontam para cima. 21 Altura de subida no tubo " Intensidade da força de tensão/adesão " Componente vertical da força " Peso da coluna de líquido Condição de equilíbrio: Se a coluna está em equilíbrio, o peso é equilibrado pela componente vertical das forças de tensão/adesão: F v " 22

12 Capilaridade em acção Quando as forças de adesão são menores que as forças de coesão, o líquido desce no tubo. As forças resultantes apontam para baixo neste caso. 23 Capilaridade em acção Pressão diferencial na zona do menisco: Força exercida no sentido ascendente: P=pA= ("gh)(#r 2 ) Componente vertical da força de tensão/adesão: Equilíbrio: " A profundidade é dada pela mesma expressão. 24

13 Equação de Young-Laplace Pode ser encontrada a partir da expressão para a tensão superficial: Quando o liquido esta em contacto com o ar temos F resulta da diferença de pressão (pressão diferencial) entre as faces do menisco Combinando estas expressões temos (para meniscos com forma quadrada A=LxL): " = F 2L = #p A 2L " = F tot L tot = F 2L F = "p A #p L2 = 2L = #p L 2 $ #p = 2" L 25 Equação de Young-Laplace A equação: "p = 2# L é um caso particular (para meniscos quadrados com raois de curvatura iguais, L1=L2=L, da Equação de Young- Laplace: $ "p = 2# ' & ) % L 1 L 2 ( Onde a pressão diferencial é "p = #gh 26

14 27 28