TENSÃO SUPERFICIAL. Prof. Harley P. Martins Filho. Tensão superficial 7/28/2017

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1 TENSÃO SUPERFICIAL Pof. Haley P. Matins Filho 1 Tensão supeficial o Oigem: desbalanceamento de foças coesivas nas moléculas da supefície de um líquido Esquema de distibuição molecula em uma massa de líquido:

2 Foça atativa ente as extemidades da linha 1 é maio que a foça atativa ente as extemidades da linha 2 Líquido tende a adquii áea supeficial mínima paa homogeneiza situação das moléculas na supefície (esfea) Há esistência a qualque pocesso que implique em aumento de áea supeficial Intepetação altenativa: patículas que se ataem ficam em situação de enegia potencial mais baixa quando juntas. As moléculas do seio do líquido estão cecadas po seis outas enquanto na supefície estão cecadas po no máximo quato outas a minimização da enegia do sistema eque a minimização do númeo de moléculas na supefície, o que se atinge minimizando a áea supeficial. 3 Implicações: Pemeabilidade de mateiais: se um líquido não molha a supefície de um mateial pooso, a pemeabilidade deste ao líquido dependeá de tensão supeficial do líquido e da pessão aplicada ao líquido. Flutuação em líquidos sem ompimento da supefície: o inseto wate stide A água não adee à pata do inseto e como este é muito leve, apenas defoma a supefície embaixo das patas. 4 2

3 o Medida quantitativa Atavés do tabalho necessáio paa aumenta áea de supeficie: dw da Atavés da foça necessáia paa se ompe uma linha de supefície: df dl Unidades: J m -2 ou N m -1 Exemplos: (mn m -1 ) Água 72,75 Etanol 22,75 Mecúio o Métodos expeimentais de medida Método da gota Pocedimento: gotejamento do líquido de um tubo com aio conhecido Linha de supefície que se ompe é um cículo em tono da ponta do tubo. Compimento: 2 A foça necessáia paa o ompimento é o peso da gota: mg mg 2 6 3

4 Poblema: difeença ente aio de ompimento (R) e aio do tubo () Coeção: intodução de um fato de coeção na equação, popocional a /R ou /V 1/3 R Volume da gota é medido gotejando-se um volume total definido e dividindo-se este volume pelo númeo de gotas 7 Método do aancamento do anel Tensiômeto de Du Nouy: Pocedimento: medida da foça necessáia paa aanca um anel metálico da supefície do líquido 8 4

5 Anel sendo aancado da supefície: São ompidas duas linhas de supefície adjacentes ao anel. Compimento total: 4, onde é o aio do anel. A foça é medida pelo ângulo de tosão impimido ao fio metálico que supota a tave de onde o anel pende. C 4 onde C é uma constante associada ao fio metálico do apaelho 9 Poblema: uma massa de água é eguida no pocesso de aancamento foça medida é na ealidade maio que a necessáia paa o ompimento. Coeção: intodução na equação de um fato popocional a /R, onde R é o aio da seção eta do fio metálico. 10 5

6 o Efeitos de pessão em supefícies cuvas Equilíbio de foças no estabelecimento de uma película esféica de líquido: F in F out P out P in F Equilíbio de foças em um ponto da supefície: F in = F out + F Equacionamento com foças aplicadas em toda a áea de supefície: F in = P in Áea = 4 2 P in F out = P out Áea = 4 2 P out 11 Foça execida pela película po causa da tensão supeficial: Imaginando-se um aumento infinitesimal de áea associado a um aumento infinitesimal do aio, dw = da da = A final A inicial = 4( + d) = 8d + 4d 2 = 8d dw = (8d) F = 8 Equilíbio de foças: 4 2 P in = 4 2 P out + 8 P in P out 2 Equação de Young-Laplace 12 6

7 o Aumento da pessão de vapo de gotículas Pessão de vapo de um líquido depende da pessão a que o líquido está submetido: * P Vm Pvap Pvap exp RT Difeença de pessão na supefície de um líquido quando em massa compacta e quando em gotículas: P P P P vap in out 2 ( gotículas) P * vap 2Vm exp RT Equação de Kelvin Quanto meno, maio P vap (gotículas) em elação a P * vap 13 Exemplo: a água tem P * vap = 23,8 to a 25 C. Gotículas de água com = 10-9 m têm P vap = 2,7 P * vap = 64,3 to. Vapo d água com pessão igual à pessão de vapo nomal da água fica metaestável (não condensa), a não se que haja núcleos de condensação (patículas sólidas ou iegulaidades em supefícies) Cloud seeding : indução de chuva atificial atavés de pó de iodeto de pata ou gelo seco. 14 7

8 1.6. Capilaidade Se um líquido molha uma supefície sólida, ele tende a maximiza a áea de inteface, mesmo conta foças opostas como a gavidade. P Equilíbio: igualdade de pessões nos pontos A e B Fase Fase A B P 2 P A = P B gh P gh 2 ( ) gh Despezando a densidade da fase : 2 gh 15 Se líquido não adee muito à supefície, menisco pode não se hemisféico ângulo de contato c > 0. R c Equação anteio continua válida, agoa com o aio R da esfea hipotética: 2 gh R Mas /R = cos c R = /cos c c 2 cosc gh Substâncias que não molham o vido: c > 90 cos c < 0 depessão capila Exemplo: mecúio γ = 472 mn m -1, θ = 140 e ρ = 13,5 g cm -3 depessão capila de 11 mm em capila de aio 0,5 mm 16 8