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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
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
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
"=
Ftot
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.
"=
!!
!
!!
Ftot F
=
L tot 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
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
Fv
mg
12
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
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
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
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
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:
Fv
!"
22
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
Equação de Young-Laplace
!!
Pode ser encontrada a partir da expressão para a tensão
superficial:
"=
!!
Ftot F
=
L tot 2L
Quando o liquido esta em contacto com o ar temos F
resulta da diferença de pressão (pressão diferencial)
entre as faces do menisco
!
F = "p A
!!
Combinando estas expressões temos (para meniscos com
forma quadrada A=LxL):
!
F #p A #p L2 #p L
"=
=
=
=
2L 2L
2L
2
$ #p =
2"
L
25
!
Equação de Young-Laplace
2#
L
!!
A equação:
!!
é um caso particular (para meniscos quadrados com raois
"p =
de curvatura iguais, L1=L2=L, da Equação de Young!
Laplace:
$1
1'
"p = 2# & + )
% L1 L2 (
!!
Onde a pressão diferencial é
! "p = #gh
26
!
27
28