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Baltazar da Conceição Gesser
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! A força total sobre a molécula A é nula.

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

moléculas da superfície do líquido faz com que o líquido se

!! Exemplo: As gotas de água tomam a forma esférica visto a

embora a sua densidade seja muito maior que a da água.

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

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.

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

! O líquido sobe pelas paredes do contentor.!! Diz-se que o líquido molha a superfície de contacto.

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 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. 19 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!" 20

11 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. 21 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. 22

Ângulo de contacto: 23 Ângulo de contacto:

12 Ângulo de contacto: 23 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. Efeito Lotus 24

13 Molhabilidade de superfícies A molhabilidade (wetting) de uma superfície está relacionada com o ângulo de contacto. Quanto maior o ângulo de contacto menos molhável é a superfície Má molhabilidade!>90º Superfície hidrófobas: São superfícies com baixa (má) molhabilidade boa molhabilidade!<90º Molhabilidade Completa!=0º Superfícies hidrófilas: são superfícies com boa molhabilidade ou molhabilidade completa 25 Ângulo de contacto, molhabilidade e balaço entre forças de Adesão / Coesão Em resumo, temos as seguintes relações entre o ângulo de contacto, molhabilidade e balanço entre as forças de adesão coesão ÂNGULO DE CONTACTO (em graus) GRAU DE MOLHABILIDADE FORÇAS DE ADESÃO (interacções sólido líquido) FORÇAS DE COESÃO (interacções líquido - liquido)!=0 Molhabilidade completa 0<!<90 Molhabilidade elevada 90"!<180 Baixa molhabilidade!=180 Molhabilidade nulas Muito fortes Fortes Médias Fracas Muito fracas Muito fracas Fracas Médias Fortes Muito Fortes 26

A equação de Young-Laplace A forma de uma gotícula resulta do balanço de forças de pressão interiores e exteriores à superfície de contacto líquido gas e da tensão superficial da gota.

14 A equação de Young-Laplace A forma de uma gotícula resulta do balanço de forças de pressão interiores e exteriores à superfície de contacto líquido gas e da tensão superficial da gota. gas líquido Este balanço é descrito pela equação de Young Laplace: $ "p = # ' & ) % r 1 r 2 ( onde r1 e r2 são os raios de curvatura da gotícula, ", é a tensão superficial, e "p = p líquido # p gas 27 A equação de Young-Laplace A equação de Young-Laplace permite determinar experimentalmente a tensão superficial dos líquidos, através do método da gotícula pendente. Este método consiste em medir os raios (r1 e r2) de curvatura de uma gota pendente e determinar a deformação da gota para calcular a pressão diferencial!p="gh #p " = 1/r 1 +1/r 2 28

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