Guia fii-2013-ii

�� Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA INTERDISCIPLINARIA

LABORATORIO DE CALOR, TERMODINÁMICA, FLUIDOS Y ONDAS

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�� !!!!

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA INTERDISCIPLINARIA

LABORATORIO DE

“CALOR, TERMODINÁMICA, FLUIDOS Y ONDAS”

Decano Dr. ANGEL BUSTAMANTE DOMINGUEZ

Coordinador del Departamento Académico de Física Interdisciplinaria

Lic. Lucas Alvarado Pinedo

Jefe del Laboratorio de “CALOR, TERMODINÁMICA, FLUIDOS Y ONDAS”

Lic. Pablo Ciro Alarcón Velazco

Adjuntos de Laboratorio de “CALOR, TERMODINÁMICA, FLUIDOS Y ONDAS”

Lic. Marian Mejía Santillán

Lic. Mabel Tesillo Quispe

Bach. Vanessa Navarrete Sotomayor

MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA II – NOVENA EDICIÓN

Editores: Vanessa A. Navarrete Sotomayor Carolina Trujillo Saenz

José Carlos Eche Llenque Mirian Mejia Santillan

Luis Vilcapoma Lázaro

Revisión: Vanessa A. Navarrete Sotomayor Mirian Mejia Santillan José Carlos Eche Llenque Luis Vilcapoma Lázaro Mabel Tesillo Quispe Fanny Mori Escobar

Lima, marzo del 2013

2

Contenido

Experiencia Nº 1 Constantes Elásticas de los Materiales 3

Experiencia Nº 2 Experiencia de Melde 9

Experiencia Nº 3 Oscilaciones 14

Experiencia Nº 4 Densidad de los Sólidos y Líquidos 18

Experiencia Nº 5 Tensión Superficial 24

Experiencia Nº 6 Viscosidad 30

Experiencia Nº 7 Dilatación Térmica de Sólidos y Líquidos 34

Experiencia Nº 8 Calor Absorbido/Disipado y Convección 39

Experiencia Nº 9 Cambio de Fase de la Naftalina 51

Experiencia Nº 10 Calores específicos 55

Apéndice 59

Bibliografía 61

MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA II 9ª Edición DAFI – FCF – UNMSM

EXP. N° 01 CONSTANTE ELÁSTICA DE UN RESORTE

3

CCOONNSSTTAANNTTEESS EELLÁÁSSTTIICCAASS DDEE LLOOSS MMAATTEERRIIAALLEESS EXPERIENCIA N° 01

I. OBJETIVO

• Observar las características y condiciones de un resorte en espiral.

• Determinar la constante elástica del resorte en espiral.

II. MATERIALES / EQUIPOS

2 Soporte universal 1 Resorte en espiral de acero

1 Regla graduada de 1m de longitud 1 Juego de pesas más portapesas

1 Regla metálica de 60cm de longitud 2 Sujetadores (nuez o clamp)

1 Balanza de precisión de 3 ejes 1 varillas cuadradas de metal

1 pinza

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Los sólidos cristalinos, en general, tienen una característica fundamental denominada “Coeficiente elástico”, que aparece como consecuencia de la aplicación de fuerzas externas de tensión o compresión, que permiten al cuerpo de sección transversal uniforme, estirarse o comprimirse.

Se dice que un cuerpo experimenta una deformación elástica, cuando recupera su forma inicial al cesar la fuerza que la produjo. Para poder comprobar este hecho notable, usaremos un resorte en espiral, al cual aplicaremos masas sucesivas y de acuerdo a la Ley de Hooke:

F = -κ x

Hallaremos su constante elástica “k”, la cual se obtendrá como la pendiente de la gráfica F vs x,

donde F es la fuerza aplicada y x el estiramiento del resorte en espiral desde su posición de equilibrio.

Las características elásticas de un material homogéneo e isotrópico quedan completamente definidas si se conocen las constantes elásticas: Módulo de Young (E) y

el Coeficiente de Poisson (σ)

Cuando se flexiona una varilla, experimenta un alargamiento por su parte convexa y una contracción por la cóncava. El comportamiento de la varilla está determinado por el módulo de Young del material de que está hecha, de modo que el valor de dicho módulo puede determinarse mediante experimentos de flexión.

x(m)

∆F

∆x

F(N) k=cte.=pendiente=∆F/∆x



4

Utilizaremos una regla metálica, de sección transversal rectangular apoyada sobre dos extremos. Si se aplica una fuerza vertical (F) en el punto medio de la regla, la deformación elástica que esta experimenta es un descenso de dicho punto, llamada flexión (s), que por la ley de Hooke, es proporcional a la fuerza aplicada:

s = κ F

siendo k, la constante elástica que depende de las dimensiones geométricas de la varilla y del módulo de Young (E) del material:

Fab

L

Es

3

3

4

1=

siendo: L la longitud de la varilla a: el ancho de la varilla b: la altura o espesor de la misma

Si F se mide en N. Y todas las longitudes en mm, entonces el módulo de Young se expresará en N/mm2.

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1

Monte el equipo, como muestra el diseño experimental.

1. Utilice la balanza para determinar los valores de

las masas del resorte y del portapesas.

¿Cree Ud. que le servirán de algo estos valores? ¿Por qué? ....................................................................................................................................................................................................................................

2. Cuelgue al resorte de la varilla y anote la posición de su extremo inferior.

Posición 1: ……………..

3. Coloque el portapesas en el extremo inferior del resorte y anote la posición correspondiente.


4. Coloque una pesa pequeña [ ]kgm ......= en el portapesas y anote la posición

correspondiente.


M m (Resorte) = ………

m (Porta pesas) = ……….



5

Marque con un aspa cuál será en adelante su posición de referencia.

¿Por qué considera dicha posición? ........................................................

5. Adicione pesas a el portapesas, cada vez de mayores masas. En la Tabla 1 anote

los valores de las posiciones 1

x correspondientes (incluida la posición de

referencia).

6. Retire una a una las pesas del portapesas. Anote las posiciones 2

x

correspondientes y complete la tabla 1.

Recuerde que, 2

21xx

x+

=

donde: 1

x es la longitud cuando aumenta el peso

2

x es la longitud cuando disminuye el peso

Grafique la magnitud de la fuerza F versus la elongación media x .

Aplicando el método de mínimos cuadrados encuentre la curva de mejor ajuste. (Pegue aquí su gráfica, incluyendo los mínimos cuadrados)

Interprete físicamente la curva que encontró. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Determine la constante elástica k del resorte;

k = ……………….

Tabla 1

N° m (kg) 1

x (m) 2

x (m) x (m) F (N)

1

2

3

4

5

6

7

1 2 3



6

MONTAJE 2

Monte el equipo, como muestra el diseño experimental. 1. Mida las dimensiones geométricas de la regla

metálica: Longitud (L): ………………………… Ancho (a): ………………………… Espesor (b): ………………………..

2. Coloque la regla metálica en posición horizontal, apoyándola de modo que las marcas grabadas cerca de los extremos de esta descansen sobre las cuchillas.

3. Determinar la posición inicial del centro de la varilla con respecto a la escala vertical graduada. Posición inicial: ………………………………

4. Vaya cargando gradualmente la varilla, por su centro, y midiendo las flexiones correspondientes (s’). Anote los resultados en la tabla 2.l

5. Una vez que considere haber obtenido una deformación suficiente, descargue gradualmente la varilla, midiendo y anotando las flexiones correspondientes (s’’)

6. Con los resultados obtenidos, calcule el valor promedio de los pares de s’ y s’’ para cada carga. Anote en la Tabla 2.

Tabla 2

N° Carga m (kg)

s’ (mm)

s’’ (mm)

s (mm)

1

2

3

4

5

6

7

EXPERIMENTO Nº 01 CONSTANTE ELÁSTICA

FECHA:

VºBº del Profesor

ALUMNO: MATRÍCULA:



7

V. EVALUACIÓN

1. Con los datos de la tabla 1, determinar la constante elástica en forma analítica. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. Graficar en papel milimetrado F(N) vs x(m) y calcular gráficamente la constante elástica. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Usando los datos de la tabla 1 calcular la constante elástica por el método de mínimos cuadrados. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. Hallar el Error porcentual (E%), considerando como valor teórico el valor de la constante elástica hallada por el método de mínimos cuadrados. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. Determinar el Keq para resortes colocados en serie y paralelo respecto a una masa. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

6. Analice la razón existente de la diferencia de la constante elástica de dos diferentes resortes en espiral. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

7. Analizar y verificar la diferencia existente entre un muelle tipo espiral y un muelle tipo laminar o de banda. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

8. ¿Por qué el esfuerzo a la tracción es positivo y el esfuerzo a la compresión es negativo? ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

9. Analice las fuerzas de cohesión y fuerzas de adherencia. Dé ejemplos ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………



8

10. Determine para la regla metálica el valor del módulo de Young (E) en N/m2.

………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

11. ¿Cuánto vale la energía elástica acumulada en esta barra en la máxima deformación?

………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

VI. CONCLUSIONES

………………………...........….………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

VII. SUGERENCIAS / RECOMENDACIONES ………………………...........….………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA II – 9ª Edición DAFI – FCF – UNMSM

EXP. N° 2 EXPERIENCIA DE MELDE

9

EEXXPPEERRIIEENNCCIIAA DDEE MMEELLDDEE ((MOVIMIENTO VIBRATORIO)

EXPERIENCIA N° 02

Franz Melde (11 marzo 1832 - 17 marzo 1901)

Físico alemán muy conocido por un experimento que realizó sobre las ondas estacionarias. El experimento

de Melde se utiliza para determinar el patrón de las ondas estacionarias, medir la velocidad de una onda

además de reconocer el fenómeno de la interferencia de ondas mecánicas.

�

I. OBJETIVO

• Investigar las ondas producidas en una cuerda vibrante.

II. EQUIPOS / MATERIALES

1 Vibrador eléctrico 1 Cuerda delgada

1 Soporte universal y polea 1 Regla de madera / metálica

Juego de pesas y portapesas 1 Balanza digital


ONDAS TRANSVERSALES EN UNA CUERDA

El extremo de una cuerda ligera y

flexible se ata a un vibrador de

frecuencia f, el otro se fija a un

portapesas y se hace pasar a través de

una polea fija, como se muestra en la

Figura 1.

Las vibraciones producidas en el

vibrador eléctrico perturban la

cuerda, formando ondas que viajan

hacia la polea donde se reflejan y vuelven a reflejarse en el otro extremo de la cuerda;

así continúa su movimiento reiteradamente en el tiempo. Estas son ondas llamadas

estacionarias, se obtienen sólo para tensiones apropiadas de la cuerda.

Se observan puntos de vibración de elongaciones nulas (nodo) y máximas (amplitud o

antinodo). La distancia entre dos antinodos es media longitud de onda ).2/(λ

��



10

ANÁLISIS

En el diagrama de la Figura 2

se indican las fuerzas que

actúan en los extremos de

una pequeña porción de la

cuerda, de peso despreciable.

AB : Porción de cuerda,

T�

, 'T�

: Tensiones

Observe que debido a la

curvatura de la cuerda, las dos fuerzas realmente no son directamente opuestas. En el

eje x, no hay desplazamiento de la porción de cuerda, por lo tanto: XX TT ='

En el eje y se tiene: '' αTsenT y = αTsenT y −='

La resultante de la porción: AB es, )'( αα sensenTFy −=

Considerando que α , 'α son ángulos pequeños, de la figura se tiene:

)'( αα tgtgTFy −= , dxtgx

TtgTFy )()( αα∂

∂=∆=

),( txftg →α , αtg x∂

∂=

ξ es la pendiente dx

xTdx

xxTFy 2

2

∂

∂=

∂

∂

∂

∂=

ξξ

Usando la segunda ley de Newton: dxx

Tt

dx2

2

2

2

∂

∂=

∂

∂ ξξρ o

2

2

2

2

x

T

t ∂

∂=

∂

∂ ξ

ρ

ξ

Comparándola con la ecuación de la onda, 2

2

2

2

2

xt ∂

∂=

∂

∂ ξυ

ξ

Se encuentra la velocidad de la onda en función de la tensión T aplicada y la densidad

lineal de masa ρ de la cuerda (kg/m), ρυ /T= . La velocidad en función de la

longitud de la onda y la frecuencia es, νλυ =

De estas dos últimas relaciones se obtiene tensión aplicada en términos de la λ

producida

22λρν=T

��



11

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE

Tome la cuerda completa, mida su masa, longitud y densidad.

• masa Cm = ……………… kg.

• longitud L = ……………… m.

• densidad ρ = …………… kg/m.

Monte el equipo según el diseño experimental de la figura 1, tal que la polea y el vibrador

queden separados aproximadamente 1,5 m y la cuerda en posición horizontal.

Dibuje y describa una onda. Enuncie sus características:

………………………………………………………………………………….…………........…………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

1. Coloque en el portapesas, pesas adecuadas buscando generar ondas estacionarias de 7

u 8 crestas (encontrará que la magnitud del peso es igual a la magnitud de la tensión en

la cuerda, Tmg = ). Mida la “longitud de onda” λ producida (distancia entre nodo y

nodo o entre cresta y cresta).

¿Qué son ondas estacionarias?

…………………………………………………………………………………..……........………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. Adicione pesas a fin de obtener ondas estacionarias de 6, 5, 4 y 3 antinodos. Mida la

longitud de onda siguiendo el procedimiento anterior. Anote los valores

correspondientes en la Tabla 1.

Tabla 1

3. Haga una gráfica T versus λ . Analice y describa las características de la gráfica.

(Pegue su gráfica aquí)

Nº de cresta T (N) λλλλ (m) λλλλ2 (m2)

3

4

5

6

7

8



12

4. Grafique T versus 2λ . Encuentre la curva de mejor ajuste usando el método de mínimos

cuadrados.

(Pegue aquí)

5. Analice y describa la gráfica.

………………………………………………………………………………….……........………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………….................................

…………………………………………………………………………………………........………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

6. De la curva obtenida, determine la pendiente y encuentre la frecuencia de la onda.

……………………………………………………………………………………..……........……………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………........………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

7. Compare las gráficas de los pasos 4.3 y 4.4. Comente:

…………………………………………………………………………………………........………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………........………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

V. EVALUACIÓN

1. ¿Qué relación existe entre una curva senoidal y una onda?

…………………………………………………………………………………………........…………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………........………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………….

EXP. N° 2 – EXPERIENCIA DE MELDE FECHA:

VºBº del Profesor

ALUMNO: MATRÍCULA:



13

2. ¿Qué es un frente de onda?

…………………………………………………………………………………………........…………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………........………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. ¿Qué da lugar a una onda estacionaria?

…………………………………………………………………………………………........…………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………........………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. Explique la diferencia entre una onda transversal y una longitudinal.

…………………………………………………………………………………………........…………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………........………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. ¿Qué aplicaciones hay en la actualidad del experimento de Mendel?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..

VI. CONCLUSIONES

…………………………………………………………………………………………........…………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………........…………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………….………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………….……………..

VII. RECOMENDACIONES

…………………………………………………………………………………………........…………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………........…………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………


EXP. N° 03 OSCILACIONES

14

OOSSCCIILLAACCIIOONNEESS EXPERIENCIA N° 03

I. OBJETIVO

• Investigar sobre el movimiento armónico simple (MAS) de cuerpos elásticos.


1 Soporte universal. 1 Resorte de acero. 1 Regla milimetrada. 1 Juego de pesas más portapesas. 1 Balanza digital . 1 Cronómetro.


Un movimiento periódico de un sistema es aquel que se repite continuamente en intervalos iguales de tiempo. Siempre tiene una posición de equilibrio.

Un movimiento oscilatorio periódico se dice que es armónico cuando la información que se obtiene en cada oscilación es la misma.

El tiempo que dura una oscilación se llama PERÍODO (T). El número de oscilaciones en el tiempo es la FRECUENCIA (f). El desplazamiento desde el punto medio de la trayectoria se denomina ELONGACIÓN (x). La elongación máxima es la AMPLITUD (A).

Un tipo de movimiento oscilatorio lineal resulta cuando la fuerza actuante es opuesta y

proporcional al desplazamiento (recuperadora), esto es, kxF −= (ley de Hooke). Este tipo de movimiento se denomina armónico simple (MAS).

Cinemática del MAS. Las cantidades cinemáticas del MAS son las siguientes:

• Posición )( αω += tAsenx (1a )

Donde: A es la amplitud, T/2πω = es la frecuencia angular, t el tiempo y α la fase inicial.

• Velocidad )cos( αωω += tAv (1b )

• Aceleración xtAsena22

)( ωαωω −=+−= (1c )

Dinámica del MAS. Las cantidades dinámicas del MAS son las siguientes:

• Fuerza Elástica: kxF −= (2 )

• Fuerza Inercial: 2

2

dt

xdmF = (2a )

De las ecuaciones (2), kxdt

xdm −=

2

2

(3a )

02

2

2

=+ xdt

xdω (3b )



15

Donde 2/1

)/( mk=ω

La ecuación (1a) satisface a (3b), y precisamente es su solución; se cumple cuando el bloque se mueve alrededor del punto de equilibrio.

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE Monte el equipo, como muestra el diseño experimental.

1. Determine los valores de las masas del resorte y

de la pesa.

¿Cree Ud. que le servirán de algo estos valores? ¿Por qué? ..........................................................................................................................................................

2. Escriba el valor de la constante elástica del resorte (obtenida en la experiencia N° 1 – Constante elástica de un resorte): k = ……………….

Determinación del Periodo de Oscilación El período de oscilación del sistema se determina mediante la ecuación:

k

mm

T

r

32

+

= π

3. Coloque en el portapesas una pesa pequeña. Anote su masa más la masa de la porta pesas en la tabla 2. La distancia a su anterior posición de equilibrio es:

X3 = ………………………….

4. Desplace verticalmente esta pesa una distancia pequeña A = ………. y déjela oscilar libremente (evite que se produzcan movimientos laterales y perturbaciones). Describa el tipo de movimiento del sistema: ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. Calibre el cronómetro a cero. Repita el paso 4. Luego mida el tiempo para diez oscilaciones empezando a contar desde cero y determine el periodo de oscilación

( )10/tT = . Anote sus datos en la Tabla 2.

M m (Resorte) = ………

m (suspendida) = ……….



16

Tabla 1

m (kg)

(Pesa + Porta pesa)

t (10 osc.) T (s) T2 (s2 )

1

2

3

4

5

6. Repita los pasos (3) al (5) utilizando cada vez pesas de mayor valor. Anote los datos

en las columnas correspondientes y complete la Tabla 1. Haga los siguientes gráficos: T versus m, T 2 versus m. (Pegue aquí sus gráficas)

¿Ambas gráficas son rectas? ………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….............................................................. Analice por qué son así estas curvas: ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………… A partir de la gráfica T

2 versus m, determine el valor de la masa del resorte. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….……………………………………………………………………………………………………………………………………. Determine la frecuencia angular natural de oscilación. Opere: ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………..

=ω ………………………

7. En lugar del portapesas coloque, en el extremo inferior del resorte, una pesa (de masa 1/2 kg o 1 kg). Suéltela cuidadosamente desde diferentes posiciones y observe su movimiento en cada caso. ¿Cuál es su conclusión sobre el periodo de oscilación? ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………….. ¿Influye el cambio de amplitud en el periodo? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ¿Influye el cambio de pesas en el periodo de oscilación? ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

EXP. Nº 03 – OSCILACIONES FECHA:

VºBº del Profesor

ALUMNO: MATRÍCULA:



17

V. EVALUACIÓN

1. Determine el error porcentual entre el valor de la masa del resorte medida en la balanza y de la masa del resorte encontrada en la gráfica. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………

2. Determine el error porcentual en el periodo calculado y el periodo medido. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………

3. ¿Hay diferencia? Si fuere así, ¿a qué atribuye usted esta diferencia? ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………

VI. CONCLUSIONES

………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

VII. RECOMENDACIONES ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..


EXP. N° 04 DDEENNSSIIDDAADD DDEE SSÓÓLLIIDDOOSS YY LLÍÍQQUUIIDDOOSS 18

DDEENNSSIIDDAADD DDEE SSÓÓLLIIDDOOSS YY LLÍÍQQUUIIDDOOSS EXPERIENCIA N° 04

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I. OBJETIVO

• Determinar la densidad de tres bloques de metal por dos métodos diferentes, identificar el material con el cálculo de esas densidades y comparar los resultados.

• Determinar la densidad de los líquidos por dos métodos y comparar los resultados con las densidades medidas con el densímetro.


1 Calibrador pie de rey (Vernier)

1 Balanza de tres barras

1 Cuerda delgada

1 Probeta graduada

3 Cilíndricos metálicos

1 Picnómetro

1 Densímetro

Agua potable

Alcohol metílico


Cuando un cuerpo de forma arbitraria de masa m, y

volumen C

V se sumerge totalmente en un líquido de

densidad Lρ contenido en un recipiente, desplazará un

volumen LV , este volumen desplazado será igual al

volumen del cuerpo sumergido. CL

VV = .

El cuerpo de peso W al sumergirse experimentará una disminución aparente de su peso (W’) debida al empuje (E).

'W�

E�

�

W�

�

Figura 1



De la Figura 1 se cumple, EWW −='

Luego, 'WWE −= (1)

En virtud del principio de Arquímedes “la magnitud del empuje sobre el cuerpo es igual al peso del líquido desalojado por el mismo”.

gVgmE LLL ρ== (2)

Lm es la masa de líquido desalojado, g es la aceleración de la gravedad,

Lρ es la densidad del líquido, LV es el volumen del líquido desalojado.

Igualando (1) y (2), se obtiene :

'WWgVLL −=ρ (3)

Pero: CCL mVV ρ/== (4)

Donde: C

V es el volumen del cuerpo, m es la masa del cuerpo

Cρ es la densidad del cuerpo

Reemplazando (4) en (3) y despejando C

ρ , se obtiene,

LCWW

Wρρ

'−= (5)

Con esta ecuación (5) se puede calcular la densidad del cuerpo (si se tiene la densidad del líquido) o la densidad del líquido (si se tiene la densidad del cuerpo).

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1 - MÉTODO DIRECTO

1. Usando la balanza de tres barras determine la masa de cada cilíndrico. Repita esta operación cinco veces. Anote los datos en la Tabla 1 y sus errores correspondientes.

2. Usando el calibrador pie de rey, mida las dimensiones de cada cilindro y evalúe sus volúmenes. Realice esta operación cinco veces para cada cilindro. Anote los datos en la Tabla 2.



TABLA 1

TABLA 2

Donde “x” es “h” y “d” respectivamente

3. Determine la densidad de cada bloque a partir de los datos de las Tablas 1 y 2 complete la Tabla 3.

TABLA 3

mm ∆± (kg) VV ∆± (m3) ρρ ∆± (kg/m3)

CILINDRO 1

CILINDRO 2

CILINDRO 3

Ahora, con ayuda de su profesor determine las densidades de los líquidos con el densímetro del aula.

Densidad del Agua (g/ml)

Densidad del Alcohol (g/ml)

Densidad del Ron (g/ml)

1m (kg)

2m (kg) 3

m (kg)

1

2

3

4

5

mm ∆±

V1 (m3) V2 (m3) V3 (m3)

h1 (m) d1 (m) h2 (m) d2 (m) h3 (m) d3 (m)

1

2

3

4

5

xx ∆±



MONTAJE 2 - MÉTODO DE ARQUÍMEDES

1. Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la Figura 2. Asegúrese que la balanza de tres barras se encuentre estable y calibrada.

2. Coloque 60 ml de agua en la probeta graduada.

3. Sujete un bloque con una cuerda, el otro extremo de la cuerda átelo al eje inferior de la balanza, como muestra la Figura.

4. Sumerja completamente cada cilindro en el agua contenida en la probeta, cuide que los cilindros no toquen ni el fondo ni las paredes de la probeta. Registre los pesos aparentes W’i en la Tabla 4.

TABLA 4

CILINDRO 1 CILINDRO 2 CILINDRO 3

W’1 (N) W’2 (N) W’3 (N)

1

2

3

4

5

´´ WW ∆±

5. A partir de los datos de la Tabla 1 determine el peso real W de cada cilindro y anótelos en la Tabla 5, además, registre los pesos aparentes obtenidos en la tabla 4 y utilizando la ecuación de Arquímedes (ecuación 05) calcule la densidad para cada cilindro. Considere el valor de la densidad del agua, el obtenido con el densímetro.

TABLA 5

WW ∆+ (N) `' WW ∆± (N) ρρ ∆± (kg/m3)

CILINDRO 1

CILINDRO 2

CILINDRO 3



CÁLCULO DE LA DENSIDAD DE LÍQUIDOS

1. Con ayuda del picnómetro halle las densidades del Alcohol (L1) y el Ron (L2), para ello llene el picnómetro con el líquido del cual se desea medir su densidad, coloque la tapa y asegúrese que el capilar de la tapa esté con el líquido al ras, de esa manera el volumen indicado en el picnómetro será el volumen del líquido.

2. Mida la masa del picnómetro con y sin el líquido, la diferencia de esas masas será la masa del líquido.

3. Ahora con esos datos puede calcular la densidad de los líquidos.

Tabla 6

4. Escoja un cilindro y repita los pasos del montaje 2, y anote sus mediciones en la tabla 6.

Tome como dato de la densidad del cilindro el valor dado en la tabla 5.

NOTA: En estos pasos cada mesa trabajará con un cilindro de material diferente.

TABLA 7

Densidad L1

Densidad L2

CILINDRO __ L1 L2

W’1 (N) W’2 (N)

1

2

3

4

5

´´ WW ∆±

EXP. N° 04 – DENSIDAD DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS

FECHA:

ALUMNO: MATRÍCULA: V.B



V. EVALUACIÓN

1. A partir del valor de la densidad del cilindro obtenido en la Tabla 5, y aplicando la ecuación (5), halle el valor de la densidad del líquido. Complete la tabla 8. Y calcule el error porcentual para el alcohol si su densidad teórica es 0,816x103kg/m3.

TABLA 8

WW ∆± (N) '' WW ∆± (N) ρρ ∆± (kg/m3)

L1

L2

2. Con las densidades de los líquidos obtenidas con los densímetros en la tabla 6 calcular la densidad del cilindro utilizado por el método de Arquímedes (ec.5).

3. Busque en tablas de densidades estándar los valores para los cilindros y los

líquidos trabajados en clase y calcule el error porcentual para el método clásico hallado en la tabla 3.

4. Calcule el error porcentual para las densidades halladas por el método de Arquímedes de la tabla 7.

5. Enuncie y describa tres métodos para el cálculo de densidad de los líquidos.

VI. CONCLUSIONES.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….


…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….


EXP. N° 05 TENSIÓN SUPERFICIAL �

24

TTEENNSSIIÓÓNN SSUUPPEERRFFIICCIIAALL EXPERIENCIA N° 05

Dado que las fuerzas intermoleculares de atracción entre moléculas de agua se deben a

los enlaces de hidrógeno y éstos representan una alta energía, la tensión superficial del

agua es mayor que la de muchos otros líquidos.

I. OBJETIVO

• Determinar el coeficiente de tensión superficial de los líquidos, utilizando el método de Rayleigh (clásico) y mediante el uso de un equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit).


Método Rayleigh (Clásico)

1 Soporte universal 1 Clamp 1 Bureta, medir diámetro externo 1 Termómetro 1 Vaso de precipitados Líquidos: agua, alcohol, ron

Equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit)

1 Aro de medida de tensión superficial, 1 Varilla de 25 cm de diámetro promedio 19.5 mm. 1 Clamp

1 PC con Windows XP/Windows 98. 1 Plataforma de elevación vertical

1 Cobra3 Basic-Unit 1 Cubeta Petri, d= 20cm

1 Fuente de poder de 12 V/2A 1 Paño

1 Software Cobra3 Force/Tesla 1 Probeta de 100 ml

1 Módulo de medición de Newton 1 Accesorios de conexión

1 Sensor Newton 1 Trípode Base

1 Cronómetro


Las fuerzas moleculares que rodean una molécula en el interior de un líquido actúan sobre ella desde todos lados; ejerciéndose una presión isotrópica. La fuerza resultante que actúa sobre una molécula localizada en la capa superficial no es cero, debido a que la resultante está dirigida hacia el interior del líquido, como se ilustra en la figura 1.

Figura 1



25

Método de Rayleigh

Del análisis de la dinámica presente en la formación de una gota que se desprende de un tubo cilíndrico de radio R, para un líquido que tiene un coeficiente de tensión superficial α ; se observa que mientras la gota no se desprenda, tomará una forma tal que la componente vertical de la fuerza de tensión superficial se equilibra con su peso; la componente vertical de la fuerza de tensión superficial alcanzará su valor máximo en el instante justo antes de que la gota se desprenda; en el momento que se desprende se cumple a la siguiente relación:

απ Rmg 2= (1)

=

R

mg

πα

2

1

(2)

Donde: m es la masa de la gota, R es el radio externo de la punta de la bureta, y α es el coeficiente de tensión superficial de líquido.

Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma esférica.

A partir de la ecuación (1) se podría determinar α , pero como ahí no se ha tenido en cuenta el trabajo de deformación cilindro–esfera, el valor que se obtuviera no sería exacto. Rayleigh retocó esta expresión, y encontró un modo empírico para determinar α . Rectificó las constantes y llegó a la ecuación:

=

R

mg

19

5α (3)

Considerando un líquido de volumen V, de densidad ρ , y que en él hay un número N

de gotas, la masa de cada gota será:

N

Vm

ρ= (4)

Por lo tanto se encuentra que:

=

R

g

N

Vρα

19

5 (5)



26

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1 – Método de Rayleigh Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la figura 2. Vierta en la bureta el líquido cuya tensión superficial desea determinar.

1. Mida la temperatura del líquido del interior de la bureta. Anote el valor correspondiente en la Tabla 1.

2. Use el vaso de precipitados como depósito de descarga del líquido de la bureta.

3. Tome dos puntos A y B como niveles de referencia.

4. Cuente el número de gotas de la porción de líquido entre los niveles de referencia. Repita este procedimiento no menos de 5 veces. Cada vez anote en la Tabla 1 el número de gotas para el volumen escogido.

5. Repita los pasos del 1 al 5 para otros líquidos (alcohol / ron, mezcla con agua)

Tabla 1

A temperatura ambiente: T = ………

Líquido

H2O Alcohol Marque: Ron / Mezcla

ρ

(g/cm3)

V

(ml)

N

(#gotas) ρ

(g/cm3)

V

(ml)

N

(#gotas) ρ

(g/cm3)

V

(ml)

N

(#gotas)

1

2

3

4

5

Promedio

Error Total

α

(dina/cm) ± ± ±

6. Ahora repita los pasos anteriores para T = 50°C y anote sus mediciones en la Tabla 2.

Figura 2



27

Tabla 2.

Equipo automatizado

Para incrementar el área de la superficie en un líquido en un ΔA, se debe realizar un trabajo ΔE.

ε = ΔE/ΔA (6)

Donde, ε es la energía superficial específica y es idéntica con la tensión superficial: α = F/2l (7) La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin de mantener la película líquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la longitud del borde es l = 2πr.

MONTAJE 2 – Método del anillo

Familiarícese con el equipo sensor de la unidad básica (Cobra 3) y monte el diseño experimental de la figura 3 1. Vierta líquido en la cubeta Petric hasta la mitad. 2. Suspenda el aro del gancho del sensor Newton. No

sumerja aún el anillo en el líquido. 3. Utilizando la plataforma de elevación vertical, girando la

manija negra, sumerja lentamente el aro hasta que esté completamente cubierto por el líquido de estudio.

4. Con ayuda del profesor calibre el sensor (Figura 5 y 6). 5. Evite cualquier movimiento en la mesa de trabajo, ya que

el sistema es altamente sensible. 6. Inicie la medición en software menú.

En baño María: T = 50 0C

Líquido

Alcohol

ρ

(g/ccm3)

V

(ml)

N

(#gotas)

1

2

3

4

5

Promedio

Error Total

α

(dina/cm) ±

Figura 3

Figura 4



28

7. Con la ayuda de la plataforma de elevación vertical, descienda cuidadosamente la cubeta Petric hasta que observe que la película de interface del líquido esté tensionada hasta el límite (figura4).

8. Mantenga el aro tensionado por un tiempo de 10 s. 9. Al término de los 10s suba cuidadosamente cubeta Petric con la ayuda de la

plataforma de elevación. 10. Repita los pasos (c) al (e) al menos 4 veces. 11. Detenga la medición.

12. De la gráfica fuerza vs

tiempo que arroja el programa (figura 7), seleccione los datos correspondientes a la zona de máxima tensión y copie los datos a una hoja de cálculo Excel y obtenga el promedio para cada grupo de datos (Fuerza tensora).

Valores promedio de la fuerza de tensión superficial

F 1 2 3 4 5 Promedio Error

EXPERIMENTO N° 05 TENSIÓN SUPERFICIAL

FECHA:


Figura 5 Figura 6



29

V. EVALUACIÓN

1. Para el equipo automatizado, determine el coeficiente de tensión superficial utilizando la ecuación 7. Con su error correspondiente. Recuerde que la longitud l del aro debe estar en metros.

2. Calcule el error porcentual y evalúe si éste se encuentra en el valor estimado en el error total.

3. Dé cinco ejemplos de aplicación práctica del fenómeno de tensión

superficial: En los campo de: ciencia, tecnología y el hogar. 4. El diámetro exterior e interior del aro son: 20,0 mm y 19,0 mm. Halle la

longitud sobre la cual la superficie tensora del líquido hace su acción. 5. Compare los resultados de ambos métodos. ¿Cuál es su opinión al

respecto?

V. CONCLUSIONES.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

VI. RECOMENDACIONES.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..


EXP. N° 06 VISCOSIDAD 30

VVIISSCCOOSSIIDDAADD

EXPERIENCIA N° 06

Viscosidad es una propiedad de los fluidos de gran importancia sobre todo en procesos

industriales. Cantidad física de gran influencia en mediciones de flujo de fluidos. Su valor es

punto de referencia en la formulación de nuevos productos.

I. OBJETIVO

• Determinar el coeficiente de viscosidad de distintos líquidos.

II. EQUIPOS / MATERIALES 1 Soporte universal

1 Clamp

1 Pinza de agarradera

1 Viscosímetro de Ostwald

1 Termómetro analógico / digital

1 Vaso de precipitados, 1 500 ml

1 Picnómetro

1 Balanza digital

1 Probeta graduada de 10 ml

1 Cronometro

Líquidos: Água destilada, alcohol, ron


El gasto Q (rapidez de volumen de flujo) de un líquido es el producto de la rapidez del

fluido v por un volumen de control A,

AQ υ=

También se encuentra a partir de la ley de Poiseuille,

LRPPtVQ ηπ 8/)(/4

12−== (1)

Donde, V es el volumen del líquido de viscosidad η escurriéndose a través de un tubo

capilar de longitud L y radio R sometido una diferencia de presiones )( 12 PP − en un

tiempo t.

Despejando el coeficiente de viscosidad η de (1) se tiene:

VLtRPP 8/)(4

12−= πη (2)

��



Considerando dos líquidos de iguales volúmenes y temperatura, midiendo los tiempos

1t y 2t que emplean en atravesar una sección transversal del capilar del viscosímetro y

recordando que la diferencia de presiones )( 11 PP − es proporcional a la densidad ρ

del líquido, se establece que:

22

11

2

1

t

t

ρ

ρ

η

η= (3)

Donde: 1η y

2η son las viscosidades de los líquidos desconocido y conocido

respectivamente

1ρ , 2ρ son las densidades y 1t , 2t son los tiempos respectivos

∆1t , ∆

2t son los errores absolutos de los tiempos correspondientes

IV. EXPERIMENTO

MONTAJE

Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental la Figura 2.

PROCEDIMIENTO

1. Determine las densidades del agua, alcohol y Ron con el picnómetro.

aguaρ = ………. alcoholρ = ……….

ronρ = ……….

2. Vierta agua destilada en el viscosímetro hasta que llene el bulbo C (Figura 2).

3. Insufle aire por la rama ancha hasta que el líquido ascienda por el capilar llenando el bulbo hasta el punto A. Cubra la rama ancha con un dedo; evitará así que el líquido descienda por gravedad.

4. Destape la rama ancha a fin de que el agua corra, y con el cronómetro tome el tiempo que tarda el líquido en pasar del punto A al punto B, realice este paso 5 veces y anote los valores en la Tabla 1.

La dependencia entre la viscosidad y la temperatura para un líquido, está dada por la relación,

RTELnALn /+=η

Su coeficiente de viscosidad η es, RTE

Ae/=η

Donde, E: es la energía de activación para el flujo A: es una constante R: es la constante universal de los gases T: es la temperatura (en escala absoluta)

Figura 2



5. Repita los pasos anteriores para el alcohol y para el ron/mezcla, asegúrese que el viscosímetro se encuentre limpio antes de verter el líquido.

6. Seguidamente realice este mismo procedimiento para cada líquido a la temperatura de 50°C, para ello caliente agua en un vaso de precipitado de 1litro hasta que tenga la temperatura de 50°C, sumerja el viscosímetro con el líquido a trabajar en su interior y mida el tiempo que demora en pasar el líquido desde el punto A al punto B y regístrelo en la tabla 1.

TABLA 1

Agua Alcohol Ron/Mezcla

TAmb = °C T = 50 °C TAmb = °C T = 50 °C TAmb = °C T = 50 °C

tagua1 (s) Tagua2 (s) Talcohol1 (s) Talcohol2 (s) Tron1 (s) Tron2 (s)

1

2

3

4

5

t

t∆

T = Temperatura (ºC), t = tiempo (s), t∆ = error total en la medida de t.

7. Caliente el agua en baño María a la temperatura de 50°C (utilice el vaso de precipitados grande casi lleno con agua), y repita los pasos anteriores. Anote los valores en la Tabla 1.

EXP. N° 06 – VISCOSIDAD FECHA:




V. EVALUACIÓN

1. Reemplace los valores en la ecuación (3), tomando como dato la viscosidad teórica del agua para la temperatura correspondiente, Tamb y 50°C respectivamente, escriba sus resultados en la siguiente tabla.

�

2. Calcule los errores porcentuales para cada caso. Si el resultado sale mayor al 10%,

justifique. 3. Investigue acerca de los tipos de lubricantes utilizados en autos y la relación de los

lubricantes con la temperatura. 4. Determine el coeficiente de viscosidad para una mezcla que contenga 50% de agua

destilada + 50% de ron.

VI. CONCLUSIONES.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

VII. RECOMENDACIONES.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

ηagua (Tamb) ηagua (T =50°C)

ηalcohol (Tamb) ηalcohol (T =50°C)

ηron/mezcla (Tamb) ηron/mezcla (T =50°C)


EXP. N° 06 DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS 34

DDIILLAATTAACCIIÓÓNN TTÉÉRRMMIICCAA DDEE SSÓÓLLIIDDOOSS YY LLÍÍQQUUIIDDOOSS EXPERIENCIA N° 07

I. OBJETIVO

• Determinar los coeficientes de expansión lineal de diferentes varillas metálicas usando un dilatómetro.

• Observar el comportamiento de los fluidos al cambio de temperatura.

• Calcular el coeficiente de dilatación térmica del agua.


1 Termostato de inmersión

1 Dilatómetro con reloj calibrador

1 Termómetro (-10 a +100°C)

1 Cubeta de acrílico

2 Tornillos de ajuste

4 Abrazaderas

2 Mangueras flexibles

1 Balanza de tres barras

Varillas de cobre, aluminio, bronce.

1 Vaso de precipitado de 1L

1 Soporte universal

1 Nuez

1 Trípode

1 Rejilla

1 Picnómetro de 100 mL

1 Tubo de vidrio escalado (300 mm)

1 Pizeta

1 Jeringa


Todos los cuerpos se dilatan en mayor o menor medida cuando experimentan un cambio de su temperatura (cambian sus dimensiones geométricas).

La expansión lineal de diferentes materiales, se determina como una función de la temperatura. Un incremento en la temperatura causa que la amplitud vibracional de los átomos en la red cristalina de los sólidos incremente. El espaciamiento entre átomos incrementa, así como el volumen total V, para una presión constante.

β = (1/V0)(∆V/∆T)P (1)

Donde β es el coeficiente de expansión volumétrica.

Si consideramos solamente una dimensión. Obtenemos el coeficiente de expansión

lineal, α comúnmente usado para medir la dilatación lineal de los sólidos.

α = (1/L0)(∆L/∆T)P (2)



IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1 – DILATACIÓN DE SÓLIDOS

Monte el equipo, como se muestra en la figura 1.

1. Verifique que las conexiones de las mangueras flexibles al termostato sean las correctas, para el adecuado flujo de entrada y salida de agua.

2. Llene la cubeta de acrílico con 4 L de agua potable. 3. Verifique que la lectura del dilatómetro empiece en cero. 4. Conecte el termostato a la fuente de alimentación de 220 V. 5. Mida la temperatura inicial de trabajo, T0 y regístrela. 6. Registre en la tabla 1, las lecturas obtenidas en el dilatómetro a intervalos de 5°C. 7. Apague el termostato y repita los pasos (2) al (6) para cada varilla.

Tabla 1

T (°C) 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Cobre

Aluminio

Bronce

8. Complete la tabla 2.

Tabla 2

Cobre Aluminio Bronce

∆L(mm) ∆T(°C) ∆L(mm) ∆T(°C) ∆L(mm) ∆T(°C)

Figura 1

Nota: Tenga cuidado al insertar y retirar el dilatómetro. No enrosque demasiado los tornillos de ajuste.



MONTAJE 2 – DILATACIÓN DEL AGUA

1. Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la Figura 2.

2. Coloque el termómetro en el vaso de precipitado de 1 L.

3. Determinar la masa del picnómetro y su escala, con ayuda de la balanza, pesándolo cuando está vacío. …….…….. g

4. Llene el picnómetro hasta el borde con agua y calibre la escala del tubo de vidrio a cero con ayuda de la jeringa.

5. Con la ayuda de la balanza determine la nueva masa. …………… g

6. Con la ayuda de los pasos (3), (4) y (5) Determine el volumen inicial de agua V0 y anótelo en la tabla 3. V0 = …………….. mL

7. Sujete el picnómetro con ayuda del clamp y colóquelo en el vaso de precipitados, de manera que quede sumergido el mayor volumen posible. No derramar agua.

8. Llene con agua el vaso de precipitados de 1L hasta enrasar el picnómetro, y registre la temperatura inicial T0.

9. Caliente el agua con una llama baja. Anote en la Tabla 3 las lecturas del tubo de

vidrio escalado (∆L en mm) y el cambio de volumen en el tubo de vidrio. El radio interno del tubo de vidrio escalado es d = 3,8 mm.

10. Registre el cambio de temperatura ∆T con respecto a T0.

Tabla 3

V0 (mL) = T0 (0C) = d(mm) =

T (0C) ∆∆∆∆T (0C) ∆∆∆∆L (mm) ∆∆∆∆V (mL)

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Figura 2



V. EVALUACIÓN

1. Realice los gráficos de los diferentes materiales de la Tabla 1: ∆L versus ∆T. (Pegue aquí sus gráficas)

2. ¿Las gráficas son rectas?

………………………...........….…………………………………………………………………………...........….………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Analice las gráficas, y aplicando el método de mínimos cuadrados, determine los

coeficientes de dilatación lineal. (Pegue aquí su gráfica, incluyendo los mínimos cuadrados)

………………………...........….…………………………………………………………………………...........….……………………………………………………………………………………………………………………………………………..

4. Determine el valor del coeficiente de dilatación para cada una de las varillas, usando la ecuación (2) y anótelos en la siguiente tabla.

5. Compare los valores de α para cada varilla, obtenidos en los puntos (3) y (4) de la evaluación, ¿Qué puede decir al respecto? ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….……………………………………………………………………………………………………………………………………………..

6. Hallar el error experimental porcentual (E%) del α para cada varilla. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….……….

7. Grafique en papel milimetrado la variación del agua (∆∆∆∆L) Vs. variación de la

Temperatura (∆∆∆∆T). (Pegue aquí sus gráficas)

8. Grafique en papel milimetrado la variación del agua (∆∆∆∆V) Vs. variación de la Temperatura (∆∆∆∆T). (Pegue aquí sus gráficas)

9. Aplicando el método de mínimos cuadrados, halle la tendencia de la gráfica.

Determine los coeficientes de dilatación lineal y volumétrica del agua (Pegue aquí su

gráfica, incluyendo los mínimos cuadrados)

Material αααα (1/°C)

Cobre

Aluminio

Bronce



10. Calcule el coeficiente de dilatación volumétrica del agua a la temperatura inicial T0 con los valores correspondientes a 30ºC:

β = .………………………………………

11. Calcule el coeficiente de dilatación volumétrica del agua a 50°C. Utilice los valores

medidos con 50°C y 60°C. (Atención: ¿Cuál es ahora V0?):

β = .……………………………………… 12. Justificar si es posible usar el tubo de vidrio con escala en mm, como una medida

directa del volumen dilatado en mL. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….………. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….……….

13. Identifique y explique a qué se deben los errores cometidos en este experimento.

………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….………. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….……….

V. CONCLUSIONES

………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….………. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….………. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….……….


………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….………. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….………. ………………………...........….…………………………………………………………………………...........….…………………………………………………………………………………………………………………………………….……….

EXP. N° 07 – DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS

FECHA:


MANUAL DE LABORATORIO DE FÍSICA II – 9° EDICION DAFI – FCF – UNMSM

EXP. N° 8 CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN 39

CCAALLOORR AABBSSOORRBBIIDDOO//DDIISSIIPPAADDOO YY CCOONNVVEECCCCIIÓÓNN EXPERIENCIA N° 8

Circulación Atmosférica: Estudia el movimiento del aire a gran escala, y el medio por el cual la energía térmica se distribuye sobre la superficie de la Tierra.

I. OBJETIVO

• Investigar el comportamiento de la energía térmica absorbida/disipada por una sustancia líquida.

• Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido/disipado para diferentes proporciones del líquido.

• Investigar cómo se transporta el calor en los fluidos


Calor absorbido - Disipado Convección

1 Mechero bunsen 1 Soporte universal 1 Clamp 1 Termómetro 1 Agitador 1 Vaso de precipitado graduado de 500 cc. 1 Vaso de precipitado de 200 cc. Papel milimetrado Papel toalla

1 Mechero bunsen 1 Soporte Universal 1 Clamp 1 Termómetro 1 Pinza universal 1 Vaso de precipitado de 200 cc. 1 Cuchara de mango (espátula) Permanganato de potasio Espiral de papel preparado


Caso 1: CALOR ABSORBIDO Y DISIPADO

La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variación de temperatura. Esto es:

)( 0TTmQ −α

)( 0TTmcQ −= (1)

donde:



c: calor específico T0: temperatura inicial de referencia T: temperatura final El suministro de energía térmica por unidad de tiempo a un cuerpo, corresponde a que éste recibe un flujo calorífico H. Si el flujo es constante,

ctedt

dQH == (2)

De (1) y (2) se tiene: Hdt

dTmc

dt

dQ== ,

luego dtmc

HdT =

Integrando e iterando se tiene: ∫ ∫=

T

T

t

dtmc

HdT

0 0

0Ttmc

HT += (3)

La ecuación (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde

mcH representa la pendiente y T0 la temperatura inicial.

Si el cuerpo se encuentra en un sistema adiabático, el trabajo de dilatación se realiza a expensas de la energía interna. �� Sin embargo, la variación de la energía en el interior del cuerpo en un proceso no

coincide con el trabajo realizado; la energía adquirida de esta manera se denomina cantidad de calor, es positiva cuando absorbe calor y negativa cuando disipa calor.

�� La energía interna del cuerpo aumenta a costa de la cantidad de calor adquirida dq,

y disminuye a costa del trabajo realizado por el cuerpo dw (principio de conservación de la energía en los procesos térmicos). Se le conoce como la primera ley de la termodinámica, y se expresa como:

PdVdQdU −= (4)

�

�

�



Caso 2: CONVECCIÓN

La propagación del calor se puede dar por tres métodos diferentes: conducción (en sólidos), convección (en fluidos) y radiación, a través de cualquier medio transparente a ella. Si hay diferencia de temperatura entre dos puntos, el calor siempre se propaga de la zona más caliente a la menos caliente.

CONVECCIÓN: Es la manera más eficiente de propagación del calor, se da en los fluidos. Un fluido cálido, por diferencia de densidades, asciende hacia regiones menos calientes; por compensación un fluido frío desciende a tomar su lugar; si continúa así este movimiento, da lugar a la formación de células convectivas. Ejemplo, cuando el agua hierve se forman burbujas (regiones calientes) que ascienden hacia regiones menos calientes, las células convectivas en la atmósfera que dan lugar a las precipitaciones pluviales.

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1. CALOR ABSORBIDO/DISIPADO

1. Monte el equipo, como muestra el

diseño experimental 2. Coloque en el vaso pírex agua a

temperatura del ambiente, casi hasta la parte superior.

3. Anote el valor de la temperatura y el volumen del agua. T0 = ………………… V = …………………

4. Encienda el mechero. Busque un flujo aproximadamente constante. La llama no debe ser muy fuerte ni estar muy cerca al vaso.

5. Mida la distancia entre la llama y el vaso. Mantenga fija esta distancia durante toda la práctica a fin de que no cambien las condiciones de experimentación. Distancia: …………..

6. Agite el agua previamente y lea la temperatura cada 30 s hasta llegar al punto de ebullición. Anote los datos en la Tabla N° 1.

Figura 1. Calor Absorbido / Disipado



TABLA 1 (m = ....... g)

7. Repita los pasos (1) al (5) bajo las mismas condiciones anteriores; ahora use la mitad de la cantidad de agua anterior. Anote los datos en la Tabla N° 2.

��(��....... ��)��

�

�

�

�

8. Grafique la variación de temperatura T versus el tiempo t, para los dos casos

anteriores. (Use papel milimetrado) (Pegue aquí)

t (min)

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

T (ºC)

t (min)

6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0

T (ºC)

t (min)

12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5

T (ºC)

t (min)

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

T (ºC)

t (min)

6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0

T (ºC)



9. Determine la ecuación de la gráfica por el método de mínimos cuadrados, considerando la temperatura hasta 750C.

De los gráficos ¿Cómo identificaría el líquido que tiene mayor masa? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

¿Qué relación hay entre la pendiente del gráfico T = T(t) y la cantidad de calor?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

10. Vierta esta agua caliente en la probeta graduada hasta 200 ml. Luego viértalo en

el vaso de espuma de poliuretano. Coloque un termómetro en el vaso de espuma y tome la temperatura del agua cada 10 s durante 3 minutos. Anote los datos en la tabla 3.

��

��

� � � � � � � � � � � �

� � � � � � � � � � � �

�

��

� � � � � � � � � � � �

� � � � � � � � � � � �

�

11. Seque un cubo de hielo con una toalla de papel e introdúzcalo en el agua. 12. Continúe tomando la temperatura cada 10 s, agitando suavemente, hasta 3

minutos después que el cubo de hielo se haya fundido. Anote los datos en la tabla 4.

��

��

� � � � ��

� � � � � � � � � � � �

�

��

� � � � ��



� � � � � � � � � � � �

¿En qué instante exacto el cubo de hielo termina de fundirse?

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Determine el volumen final del agua. ( ) =finalVagua …………….

¿Qué masa tenía el agua originalmente? ( ) =originalmagua …………….

¿Qué masa tenía el hielo originalmente? ( ) =originalmhielo …………….

Explique ¿cómo determinó estas masas? ……………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………

13. Haga una gráfica de T versus t. (Pegue aquí)

¿Cómo afectó el cubo de hielo añadido al agua la rapidez de enfriamiento? ………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………………………………

Calcule la cantidad total de calor perdida por el agua mientras el cubo de hielo se

fundía. TmcQ ∆= 00,1=aguac Cg

calº⋅

( ) =inicialQperdida …………………………………. cal

MONTAJE 2. CONVECCIÓN (EN AGUA)

1. En el vaso de precipitados vierta alrededor de 200 ml de agua. 2. Por el borde del vaso de precipitados deje caer en el agua algunos cristales de

Permanganato potásico. 3. Con la llama baja coloque el mechero debajo del borde inferior del vaso de

precipitados. 4. Mientras se calienta, observe atentamente el agua coloreada.

Anote sus impresiones. ……………….…………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. Dibuje, esquemáticamente, en la figura 2, con líneas punteadas como el agua sube y baja. Explique lo que observa mientras se calienta el agua.



...................................................................................................... .................................

...................................................................................................... .................................

...................................................................................................... .................................

MONTAJE 3. CONVECCIÓN (EN AIRE) 1. Desglose la hoja con las figuras de espirales y recorte cuidadosamente. 2. Haga un nudo en el sedal y páselo por un orificio previamente hecho en el centro

de la espiral. (Figura 3). 3. Encienda el mechero con una llama baja. 4. Cuelgue la espiral entre 15 y 20 cm por encima del mechero. 5. Observe atentamente el fenómeno. Anote sus impresiones.

……………….…………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

¿Si la espiral estuviera confeccionada del otro sentido, el giro sería el mismo? ¿Por qué?

……………….……………………………………………………………….………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Figura 2. Se caliente el agua

5cm



6. Señale tres ejemplos en los que se observe este fenómeno.

a. ……………….……………………………………………………………………………………………………….

b. …………………………………………………………………………………………………………………………

c. ………………………………………………………………………………………………………………………….

V. EVALUACIÓN

1. Si en lugar de agua, se utiliza otro líquido de mayor calor específico, pero de igual masa, ¿Cómo sería el gráfico? Trácelo y descríbalo.

(Pegue aquí)

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EXP N° 8 – CALOR ABSORBIDO / DISIPADO Y CONVECCIÓN

FECHA:

VºBº del Profesor

ALUMNO: MATRÍCULA:

Figura 3: Se calienta el aire

��

Nota importante ¡Las espirales de papel pueden

arder!

Colóquela al menos 15 cm por

encima del mechero



2. ¿Cuál es la razón de que en este experimento la temperatura no llegue a 100°C?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Para el caso de agua, aproximadamente a partir de 75°C, la gráfica de temperatura versus tiempo deja de tener comportamiento lineal. ¿Por qué?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4. Indique el tiempo que demoró en recorrer el intervalo 80°C y 85°C. Revise el caso registrado entre 50°C y 55°C.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. ¿Qué significado tienen los datos del paso (7)?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

6. Compare los tamaños de los intervalos de temperatura para las masas m y m/2.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

7. Investigue y explique concisamente sobre la circulación océano-atmósfera

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

8. ¿Qué sucede en nuestro medio durante el fenómeno del Niño?

…………………………………………………………………………………………..……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

9. ¿Qué son los vientos alisios? ¿Qué fenómenos los producen?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

10. Se sabe que el Sol está constituido por diversos gases, investigue usted cómo ocurre el transporte de energía a través de él.

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VI. CONCLUSIONES

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VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

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(Desglosar y recortar) ��



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Página reversa de la figuras de espirales

(Para desglosar y recortar)

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EXP. N° 9 CAMBIOS DE FASE DE LA NAFTALINA 51

CCAAMMBBIIOOSS DDEE FFAASSEE DDEE LLAA NNAAFFTTAALLIINNAA EXPERIENCIA N° 09

Josiah Willard Gibbs. (New Haven, EE UU, 1839-id., 1903) Físico y químico estadounidense.

Dedujo la regla de las fases, que permite determinar los grados de libertad de un sistema fisicoquímico en función del número de componentes del sistema y del número de fases en que se presenta la materia involucrada. También definió una nueva función de estado del sistema termodinámico, la denominada energía libre o energía de Gibbs (G), que permite prever la espontaneidad de un determinado proceso fisicoquímico (como puedan ser una reacción química o bien un cambio de estado) experimentado por un sistema sin necesidad de interferir en el medio ambiente que le rodea.

I. OBJETIVO

• Investigar sobre la curva de fusión y de solidificación de la naftalina.


1 Equipo de calentamiento 2 Termómetros

1 Soporte universal 2 Clamp o agarraderas

1 Tubo de prueba 1 Cronómetro

1 Vaso de pírex (500 CC) Agitador de vidrio

Naftalina Agua

Papel milimetrado


Al cambio de fase de sólido a líquido de una sustancia se le denomina fusión, a la temperatura asociada a este cambio se le denomina punto de fusión.

Al cambio de fase de líquido a sólido se le denomina solidificación, la temperatura asociada a este cambio se denomina punto de solidificación.

En estos cambios de estado necesariamente interviene una energía de naturaleza térmica, la cual es absorbida o disipada por el cuerpo. Esta tiene como fin hacer más activas las moléculas que se encuentran ligadas por fuerzas atractivas; o en todo caso a reagruparlas.

El punto de solidificación coincide con el punto de fusión y durante la solidificación, el calor que fue absorbido en la fusión es liberado.



IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE

1. Coloque la naftalina y un termómetro, que eventualmente pueda servir como agitador (agite con cuidado), dentro del tubo de prueba

2. Vierta 400 ml de agua al pírex

3. Coloque en el tubo de ensayo la naftalina y el termómetro. Sumerja el tubo de ensayo en el vaso de precipitado.

4. Coloque un termómetro adicional en el agua para monitorear su temperatura como se muestra en la figura N° 1.

5. Caliente el agua y registre los valores de la temperatura del tubo de ensayo cada Figura 1 30 segundos hasta que la naftalina se funda y luego deje enfriar hasta que solidifique (registre la temperatura durante todo el proceso).

TABLA N° 1

t (min)

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

T (°C)

t (min)

7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5

T (°C)

t (min)

15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0

T (°C)

t (min)

22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 28.5 29.0 29.5

T (°C)

Incrementar tablas si fuera necesario

naftalinam



Registre la temperatura de fusión.

Indique en qué instante y a qué temperatura se realiza el proceso de solidificación.

t

=ciónsolidificaT

V. EVALUACIÓN

1. Trace la gráfica de la curva de solidificación: temperatura T versus tiempo t, y discuta

cada tramo de la gráfica. 2. ¿Coinciden el punto de fusión y solidificación en el proceso?

3. Si el punto de solidificación de la naftalina se considera 80°C ¿A qué se debe la diferencia observada en la gráfica?

4. ¿Cuáles son las posibles fuentes de errores en este experimento?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. ¿Es posible determinar la cantidad de calor por unidad de tiempo que se desprende en el proceso de solidificación?

6. Explique en qué consiste la fusión franca y la fusión pastosa.

fusiónT

EXP. N° 09 – CAMBIO DE FASE DE LA NAFTALINA

FECHA:




VI. CONCLUSIONES

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EXP. N° 10 CALORES ESPECÍFICOS 55

CALORES ESPECÍFICOS

EXPERIENCIA N° 10

Las moléculas tienen una estructura interna porque están compuestas de átomos que

tienen diferentes formas de moverse.

La energía cinética almacenada en estos grados de libertad internos no contribuye a la

temperatura de la sustancia sino a su calor específico.

I. OBJETIVO

• Determinar el calor específico de objetos sólidos, mediante el método de mezclas.


1 Equipo de calentamiento 1 Clamp

1 Soporte universal 1 Varilla metálica

1 Calorímetro de mezclas 1 Termómetro

1 Probeta graduada, 100 ml 1 Vaso de precipitado, 500 ml

1 Balanza Agua potable

Muestras metálicas


La cantidad de calor Q disipado o absorbido por cuerpos de la misma sustancia es directamente proporcional a la variación de la temperatura T:

'

'

T

Q

T

Q

∆=

∆ (1)

También, el calor cedido o absorbido por cuerpos distintos, pero de la misma sustancia, son directamente proporcionales a la masa m:

'

'

m

Q

m

Q= (2)

El calor específico (c ) de un cuerpo se define como:

dT

dQ

mc

1= (3)



Donde dQ es el elemento de la cantidad de calor que intercambian los cuerpos con el medio que lo rodea, mientras que dT es el elemento de variación de temperatura que experimentan los cuerpos.

La cantidad de calor transferida/absorbida por el cuerpo depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso. En la presente experiencia se utilizará el método de mezclas y el proceso de medida se realizará a presión constante.

Método de mezcla

Cuando el intervalo de temperatura no sea muy amplio se utiliza el método de mezclas, el cual conduce a la determinación del calor específico medio; aquí se hace uso del balance de energía.

Sea una porción de agua de masa am en un calorímetro de masa

calm , ambos a la

temperatura aT y otro cuerpo de masa

Cm a otra temperatura aC TT > .

Llamemos ca al calor específico del agua, calc calor específico del calorímetro y

Cc al

calor especifico del cuerpo.

Después de un tiempo prudencial de haberse mezclado el agua con el cuerpo el sistema adquirirá una temperatura de equilibrio

eT . Se encuentra la ecuación:

( ) )()( aeaaaecalcaleCCC TTcmTTcmTTcm −+−=− (4)

Conociendo el calor específico del agua y del calorímetro, el calor específico del cuerpo queda automáticamente determinado.

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE - DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORÍMETRO

1. Monte el equipo como muestra el diseño experimental de la Figura.

2. Coloque en el calorímetro una masa de 150 g de agua (para la medida del volumen utilice la probeta graduada).

3. Tome la temperatura en el calorímetro.

4. Mida la masa de la primera muestra cilíndrica y complete la Tabla 1.

vaso calorímetro



Tabla 1

5. Deposite la muestra en el vaso de precipitados que contiene 500 ml de agua y sométala a la acción térmica, hasta que alcance la temperatura de ebullición.

6. Deje hervir la muestra de 7 a 10 minutos.

7. Retire la muestra del agua caliente e introdúzcala rápidamente en el calorímetro. Tápelo inmediatamente. Anote la temperatura en el momento que llegue al

equilibrio eT .

8. Realice la misma operación con muestras de sustancias diferentes. Coloque en el vaso con agua en hervor una muestra cada vez.

9. Complete la Tabla 2 y determine el calor específico de las muestras. No olvide acompañar a cada valor su error experimental.

Tabla 2

Bloque Muestra1 Muestra2 Muestra3

aT (C)

CT (0C)

eT (0C)

cm (g)

c ( )Cgcal º/ ⋅

aguam 150 g ±

aT ±

Cm ±

CT ±

EXP. N° 10 – CALORES ESPECÍFICOS FECHA:




V. EVALUACIÓN

1. A partir de los datos de la tabla 2 y de la ecuación (4) halle los calores específicos de los bloques utilizados en la experiencia.

MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3

CALORES ESPECÍFICOS

2. Busque los valores teóricos de los calores específicos de los bloques trabajados en

clase y halle el error porcentual con los valores que Ud. halló en el laboratorio. Si el error le sale mayor a 10%, justifique ¿por qué?

3. ¿Qué es un calorímetro? Descríbalo y explique cómo funciona. 4. Investigue cuántos tipos de calorímetros hay en el mercado y cuál es el uso de

cada uno de ellos.

VI. CONCLUSIONES

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APÉNDICE 59

APÉNDICE

DENSIDAD

La densidad es la relación entre la masa y el volumen y depende tanto del estado en el que se encuentre el elemento como de la temperatura del mismo. En la mayor parte de los casos que se representan en la primera Tabla, los datos corresponden a los elementos en estado sólido y a una temperatura de 293 K.

En la siguiente Tabla se puede observar la periodicidad de esta propiedad, correspondiendo los valores más altos de la densidad a los elementos de transición. También podemos extraer conclusiones si comparamos esta distribución de valores con los correspondientes a los puntos

de fusión y puntos de ebullición de los elementos, que presentan un tipo similar de periodicidad.

Tabla de Densidades de elementos químicos

Fuente: w3.cnice.mec.es/eos/MaterialesEducativos/mem2002/quimica/properiodicas/densidad.html - 5k


APÉNDICE 60

Tabla de Densidades ( x 103 kg/m3)*

Hg Pb Cu Latón Fe Al Aire Agua Hielo alcohol etílico

13,6 11,3 8,92 8,6 7,8 2,70 1,29 1,00 0,917 0,816

Fuente:Sears-Zemansky-Young / Serway * Valores a presión atmosférica y temperatura normales

Tabla de Viscosidad del agua (cp)

00C 200C 400C 600C 800C 1000C

1,792 1,005 0,656 0,469 0,357 0,284

Tabla de Viscosidad del aire (cp)

00C 200C 400C 600C 800C 1000C

171 181 190 200 209 218

Tabla de Viscosidad de la sangre entera (cp)

370C

2,7

Tabla de Tensión superficial del agua (din/cm)

00C 200C 600C 1000C

75,6 72,8 66,2 58,9

Coeficiente de Dilatación (a 200C) αααα (10-3K-1)

Agua 0,20

Glicerol 0,50

Aceite de oliva 0,72

Alcohol metilico 1,11

Acetato de etilo 1,37

Tabla de Calores específicos

Al Sn Pb Fe Zn Cu

(J/kg K) 880 230 130 450 318 390

(cal/g°C) 0,211 0,055 0,031 0,108 0,076 0,083

Fuente: Koshkin N. I., Shirkévich M. G.. Manual de Física Elemental. Editorial Mir 1975, pág. 74-75


Bibliografía

61

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