¿Cómo se mide la tensión superficial de un líquido?

La forma más común es mediante el uso de un tensiómetro. Una geometría se sumerge en el líquido y se estira lentamente hacia arriba hasta que entra en contacto con la superficie del líquido. La velocidad de extracción se ralentiza hasta que la geometría se libera completamente de la superficie del líquido. Las geometrías más comunes son anillos (a veces llamados anillos duNouy), diapositivas rectangulares (a veces llamadas placas Wilhelmy) o varillas. Cuanto mayor es la tensión superficial, más lejos puede extraerse la geometría de la superficie del agua sin que se rompa el menisco líquido. Conociendo las dimensiones de la geometría, la distancia de la sonda por encima de la interfaz del líquido y la densidad del líquido, la tensión superficial (generalmente expresada en N / mo lb / ft) se puede calcular fácilmente a través de un simple equilibrio de fuerzas. Se debe tener especial cuidado para garantizar que las sondas estén libres de contaminantes, ya que esto reduce la tensión superficial. Generalmente deben almacenarse en alcohol y colocarse debajo de una antorcha antes de su uso.

En general, este tipo de instrumentos cuesta alrededor de $ 5k – $ 10k. También hay varios instrumentos ópticos que afirman ser capaces de medir la tensión superficial mediante la formación de imágenes de gotas y ajustando su forma a la ecuación de Young-Laplace. Nunca he usado personalmente uno de estos antes, así que no puedo hablar con precisión. Cualquiera de los dos métodos (óptico o tensiómetro) también se puede utilizar para determinar la tensión interfacial o la tensión superficial en la interfaz entre dos líquidos inmiscibles como el aceite y el agua.

Aquí está el significado de la tensión:

Supongamos que tienes un globo. Si cortas una hendidura, estallará. Sin embargo, si primero coloca un trozo de cinta adhesiva en el globo y luego corta una hendidura en el trozo de cinta, no saltará. La diferencia es que la cinta ejerce una fuerza para mantener la hendidura cerrada. Esta fuerza se hace más grande cuanto más grande es la hendidura. La relación entre la fuerza y ​​la longitud de la hendidura se llama tensión superficial. Por lo tanto, las unidades de tensión superficial son la fuerza por longitud.

Estas son las mismas unidades que la energía por área. Otra forma equivalente de pensar acerca de la tensión superficial es en términos de energía almacenada por unidad de área. Abrir un agujero en el globo disminuiría el área, liberando mucha energía.

La tensión superficial puede ser diferente en diferentes direcciones. Si el globo es un globo largo y delgado, es fácil imaginar que cortar la hendidura a lo largo del mismo genera una tensión diferente que cortar la hendidura alrededor de la circunferencia. La tensión es en realidad un tensor de rango dos. Sin embargo, siempre y cuando la superficie con la que está trabajando sea isotrópica, la tensión se puede considerar solo como un número.

Un resultado famoso de la tensión superficial es este:

Se puede acumular agua en el centavo porque la tensión superficial mantiene el agua unida. Para extenderse, el agua tendría que aumentar su área. Por lo tanto, existe un equilibrio entre la energía liberada al caer en un campo gravitacional y la energía absorbida por la tensión superficial. El agua buscará un mínimo de energía. Saber cuánta agua se puede acumular en el centavo permite una estimación de la tensión superficial del agua.

Del mismo modo, un clip de papel puede flotar en la superficie del agua debido a la tensión superficial. Conocer el límite de peso para una barra de una geometría fija que flota en el agua también permitiría una estimación de la tensión superficial del agua. Por lo tanto, al investigar estos fenómenos, se podría obtener una estimación casera de la tensión superficial.