Calor Absorbido Disipado I Parte

7/28/2019 Calor Absorbido Disipado I Parte

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Calor absorbido/disipado 2012

LABORATORIO DE FISICA II

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EXPERIENCIA N8

I. OBJETIVO

Investigar el comportamiento de la energa trmicaabsorbida/disipada por una sustancia lquida.

Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calorabsorbido/disipado para diferentes proporciones del lquido.

II. EQUIPOS/MATERIALES

Equipo de calentamiento (mechero Bunsen) 1 Soporte universal 1 Clamp Agua potable 1 Vaso precipitado (graduado de 500 cc o 800 cc) 1 Vaso de espuma de poliuretano de 200 g (8onzas) aproximadamente Cubos de hielo (de aproximadamente 25 g) Papel milimetrado 1 Termmetro

1 Agitador Papel toalla


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III. FUNDAMENTO TERICO

La energa calorfica se transmite desde las zonas de alta temperatura a las de baja temperatura,

en un proceso que va acompaado de un cambio de entropa hasta que se alcanza, si es posible, el

estado de equilibrio trmico caracterizado por una distribucin uniforme de temperaturas.

Denominamos calor a la transferencia de energa que tiene lugar sin un

movimiento ordenado del sistema, en contraposicin a la transferencia de energa que tiene lugar

con un movimiento ordenado durante la realizacin de un trabajo mecnico.

La Termodinmica de los procesos reversibles estudia la transferencia de energa en stos, pero

siempre a lo largo de una sucesin de estados de equilibrio. Sin embargo, en un proceso de

intercambio de calor entre cuerpos a distintas temperaturas, en tanto se mantenga una diferencia

finita de temperaturas entre los mismos habr un flujo irreversible de calor entre dichos cuerpos y

no tendremos estados de equilibrio. Sin embargo, s podemos tener estados en los que las

variables macroscpicas del sistema no cambian con el tiempo, pero que no corresponden a

estados de equilibrio sino a estados estacionarios en los que se mantienen constantes las

temperaturas de los distintos cuerpos involucrados y el flujo de calor entre ellos. Tambin

podemos tener situaciones en las que el sistema est evolucionando con el tiempo y ni siquieratenemos estados estacionarios.

La transmisin del calor tiene lugar por tres mecanismos bsicos:

Conduccin:La energa calorfica se transmite durante el contacto directo entre cuerpos (o partes

de los mismos) a distintas temperaturas y tiene lugar mediante choques o acoplamientos entre las

molculas del sistema (unas en zonas ms calientes, con mayor energa trmica y otras en las

zonas ms fras, con menor energa trmica), aunque no haya un movimiento macroscpico de las

molculas, o el material sea transparente a la radiacin. Este proceso es de gran importancia en

slidos, pero de menor importancia en lquidos y gases, donde normalmente aparece combinado

con la conveccin y es prcticamente enmascarado por sta.

Conveccin: La energa calorfica se transmite por el movimiento fsico de molculas calientes de

las zonas de alta temperatura a las zonas de baja temperatura y viceversa, equilibrndose las

temperaturas.

Este proceso tiene gran importancia en fluidos y tambin es denominado conduccin superficial,

ya que el flujo de calor entre la superficie de un material y un fluido est relacionado con la

conduccin a travs de una fina capa del fluido que se encuentra junto a la superficie. Adems, es

este proceso de conduccin superficial el que provoca, en un fluido inicialmente en reposo en

contacto con una superficie a distinta temperatura, una diferencia de temperaturas en el fluido,

originndose diferencias de densidad en el mismo que producirn a su vez un desplazamiento

fsico de materia a distintas temperaturas de unas zonas a otras, tenindose conveccin

(en este caso natural).

La transferencia de calor por conveccin puede ser forzada cuando est ayudada por el

movimiento de las superficies en contacto con el fluido o libre (llamada tambin natural) cuando

se produce nicamente en virtud de una diferencia de densidades causada por una diferencia de

temperaturas. Tambin puede venir acompaada de un cambio de fase, como ocurre durante la

condensacin o la ebullicin, con unos intercambios de calor muy intensos.


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Radiacin:La energa calorfica se transmite en forma de energa de la radiacin electromagntica,

emitida por todos los cuerpos por el hecho de encontrarse a una temperatura T , y que se propaga

a la velocidad de la luz (porque es luz de distintas longitudes de onda) y puede ser absorbida por

los cuerpos, aumentando su temperatura.

La radiacin es el nico medio de transmisin del calor cuando sta tiene lugar a travs del vaco, y

puede ser muy importante para altas temperaturas.

La energa que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variacin de

temperatura.

Esto es:

Donde:

IV. PROCEDIMIENTO

MONTAJE N1

Antes de montar el equipo anotamos la temperaturainicial (T0) y el volumen inicial (V0):

T0= 22.6CV= 600 ml

Montamos el equipo, como se muestra en la figura yencendemos el mechero.

*La llama no debe ser muy fuerte ni estar muy cerca

al vaso.

Medimos la distancia entre la llama y el vaso.Distancia:

D=15 cm


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6.-Ahora anotamos el aumento de temperatura cada 30 segundos hasta llegar al punto deebullicin.Anotamos estos datos en la Tabla N1.

TABLA 1 ( )

GRAFICO (TABLA N1)

y = 0.0624x + 23.805

0

20

40

60

80

100

0 200 400 600 800 1000

T(C)

t (s)

T vs t

Series1

Linear (Series1)

T (C) 23.8 26.1 28.8 30.1 33.5 34.6 37.7 39.1 42.1

43.6 44.9 47.1 49.2 51.5 52.9 54.7 56.8 58.0 59.7

61.4 63.5 65.0 66.6 68.0 69.5 71.0 72.8 75.5 76.7

78.5 79.8 81.0 82.2 83.1 85.0 86.7 87.1 88.1 89.1

89.7 91.1 92.1 95.2 95.6 96.1 96.7 97.1 98.0

t(s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270

300 330 360 390 420 450 480 510 540 570

600 630 660 690 720 750 780 810 840 870

900 930 960 990 1020 1050 1080 1110 1140 1170

1200 1230 1260 1290 1320 1350 1380 1410


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7. Repetimos los pasos anteriores bajo las mismas condiciones; pero esta vez usamos la mitad de

la cantidad de agua.

Anotamos estos datos en la Tabla N2.

TABLA 2 (

)

TABLA N2

y = 0.0774x + 24.287

0

10

2030

40

50

60

70

80

0 200 400 600 800

T(C)

t(s)

T vs t

Series1

Linear (Series1)

T (C) 25.4 28.4 30.7 33.3 35.9 38.2 41.4 43.6 45.7

48.2 50.8 53.7 55.4 58.1 59.9 61.9 64.1 65.8 67.8

69.7 71.2 73.9 78.62 79.9 81.0 82.2 83.1 84.0 85.1

85.7 86.5 87.0 88.0 88.5 89.0 89.3 89.7 90.6 91.2

92.2 93.2 93.7 95.3 96.1 97.2 97.8 98.0

t(s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270

300 330 360 390 420 450 480 510 540 570

600 630 660 690 720 750 780 810 840 870

900 930 960 990 1020 1050 1080 1110 1140 1170

1200 1230 1260 1290 1320 1350 1380 1410 1440


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9. Determinamos la ecuacin de la grfica por el mtodo de mnimos cuadrados, considerando la

temperatura hasta 75C.

PARA LA TABLA N1

X Y XY X*X

0 22,6 0 0

30 23,8 714 900

60 26,1 1566 3600

90 28,8 2592 8100

120 30,1 3612 14400

150 33,5 5025 22500

180 34,6 6228 32400

210 37,7 7917 44100240 39,1 9384 57600

270 42,1 11367 72900

300 43,6 13080 90000

330 44,9 14817 108900

360 47,1 16956 129600

390 49,2 19188 152100

420 51,5 21630 176400

450 52,9 23805 202500

480 54,7 26256 230400

510 56,8 28968 260100

540 58 31320 291600

570 59,7 34029 324900

600 61,4 36840 360000

630 63,5 40005 396900

660 65 42900 435600

690 66,6 45954 476100

720 68 48960 518400

750 69,5 52125 562500

780 71 55380 608400

810 72,8 58968 656100

840 75,5 63420 705600

X=12180 Y=1450,1 XY=723006 X*X=6942600


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PARA LA TABLA N 2

X Y X*Y X*X

0 22,6 0 0

30 25,4 762 900

60 28,4 1704 3600

90 30,7 2763 8100

120 33,3 3996 14400

150 35,9 5385 22500

180 38,2 6876 32400

210 41,4 8694 44100

240 43,6 10464 57600

270 45,7 12339 72900

300 48,2 14460 90000

330 50,8 16764 108900

360 53,7 19332 129600

390 55,4 21606 152100


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8

420 58,1 24402 176400

450 59,9 26955 202500

480 61,9 29712 230400

510 64,1 32691 260100

540 65,8 35532 291600

570 67,8 38646 324900

600 69,7 41820 360000

630 71,2 44856 396900

660 73,9 48774 435600

X =7590 Y=1145,7 XY= 448533 X*X= 3415500


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De los grficos Cmo identificara el lquido que tiene mayor masa?

La masa es inversamente proporcional con la pendiente porque a mayor masa menor ser la

pendiente o viceversa.

El grafico (1) que tiene como ecuacin:

Masa= 600 g

El grafico (2) que tiene como ecuacin:

Masa=300 g

Qu relacin hay entre la pendiente del grfico T=T (t) y la cantidad de calor?

La relacin que existe entre los dos es que la pendiente y la cantidad de calor dependen de la

masa Para el caso de la pendiente, este tiene una relacin inversa con la masa.

Para el caso de la cantidad de calor, la relacin ser una proporcional directa con la masa.

Entonces si los relacionamos en funcin de su masa estos van a ser inversamente proporcionales.

10.-Vertimos esta agua caliente en la probeta graduada hasta 200 ml. Luego vertimos estos 200 ml

en el vaso de espuma de poliuretano. Colocamos un termmetro en el vaso de espuma y tomamos

la temperatura de agua cada 10 s durante 30 minutos.

Anotamos estos datos en la Tabla N3.

TABLA 3

T (C) 78.6 78.1 77.6 77.4 76.9 76.1 75.5 75.2 74.8

74.4 74.3 74.1 73.8 73.4 73.1 72.8 72.7 71.0


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10

t(s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100 110 120 130 140 150 160 170 180

11.-Ahora introducimos un cubo de hielo en el agua.

12.-Y Continuamos tomando la temperatura cada 10 segundos, agitando suavemente, durante 3

minutos luego de que el cubo de hielo se haya fundido. Anotamos los datos en la Tabla 4.

TABLA 4

T (C) 63.2 62.9 62.3 61.3 60.2 60.0 59.7 59.6 59.4

59.3 59.2 59.1 59 58.9 58.8 58.7 58.6 58.5

t(s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100 110 120 130 140 150 160 170 180

En qu instante exacto el cubo de hielo termina de fundirse?

Determine el volumen final del agua.

Qu masa tena el agua originalmente?

Qu masa tena el hielo originalmente?

13.-Hacemos una grfica T versus t.

Cmo afect el cubo de hielo aadido al agua la rapidez de enfriamiento?

Para nuestro experimento el cubo esta en el interior del agua, se observa un ejemplo de

propagacin de calor por conduccin ya que los cuerpos estn en contacto directo. Es as que el

agua va perdiendo calor y lo transmite al cubo de hielo, y es as que el cubo de hielo ayuda al

enfriamiento del agua.

Calculamos la cantidad total de calor perdido por el agua mientras el cubo de hielo sefunda.


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Calculamos la cantidad total de calor perdido al enfriarse el agua debido al hielo fundidohasta su temperatura final.

V. EVALUACIN

1. Si en el paso 9 en lugar de agua se utiliza otro lquido de mayor calor especfico, pero deigual masa, Cmo sera el grfico? Trcelo y descrbalo.Si usamos un lquido diferente con mayor calor especfico pero con la misma masa, el

grfico sera parecido al siguiente:

*Cuanto mayor es el calor especfico de las sustancias, ms energa calorfica se necesita paraincrementar la temperatura.

2. Cul es la razn de que en este experimento la temperatura no llegue a 100C?

Debido a la presin atmosfrica que es menor a 1atmosfera, el punto de ebullicin es menor a

100C. a menor presin atmosfrica las molculas de agua se dispersan ms libremente y el punto

de ebullicin es menor.

3. Para el caso del agua, aproximadamente a partir de 75C la grfica de temperatura

versus tiempo deja de tener comportamiento lineal. Por qu?

Por que las longitudes de los intervalos de temperatura es constante solo hasta 76C y de ah hasta

98C el intervalo de temperatura varia.

A la hora de hacer el experimento y al hacer la toma de temperatura se observaba que en un

momento bajaba la temperatura y suba de nuevo esto hacia que la temperatura reflejada en una

grafica saliera irregular y no lineal .

y = 0.01x + 22.6

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500

T(C)

t(s)

T vs t(Para un lquido con mayor Ce)


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4. Indique el tiempo que demor en recorrer el intervalo 80C y 85C. Revise el caosregistrado entre 50C y 55C.

TABLA 1

Intervalo 79.8- 81c

1.2c 30s

0.2 x x=5

De 79.8 hasta 80 =5s

80 hasta 81 =25s

80 hasta 85 =90s

De 80hasta 85 =115s

TABLA 2

Intervalo79.9-81c

1.1 30s0.1 x x=2.76 s

De79.9hasta 80 = 2.76 s

80 hasta 84 =90 s

Intervao84-85.1

1.1 30s1 x x=27.2

De 84 hasta 85 =27.2 s

Entonces de 80-85 = 119.96 s

5. Qu significado tienen los datos de la Tabla N2?

El aumento de temperatura en el intervalo de 30 segundos es mayor, esto se debe a que usamos

la mitad de la masa de agua anterior, lo que causa que se absorba ms calor rpidamente.


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

*Los intervalos de temperatura de la primera tabla son en su mayora ms cortos que los intervalos

de la segunda tabla, esto se debe a que la masa de agua que usamos en la segunda tabla fue la

mitad de la que usamos en la primera.

T (C) 23.8 26.1 28.8 30.1 33.5 34.6 37.7 39.1 42.1

43.6 44.9 47.1 49.2 51.5 52.9 54.7 56.8 58.0 59.7

61.4 63.5 65.0 66.6 68.0 69.5 71.0 72.8 75.5 76.7

78.5 79.8 81.0 82.2 83.1 85.0 86.7 87.1 88.1 89.1

89.7 91.1 92.1 95.2 95.6 96.1 96.7 97.1 98.0

T (C) 25.4 28.4 30.7 33.3 35.9 38.2 41.4 43.6 45.7

48.2 50.8 53.7 55.4 58.1 59.9 61.9 64.1 65.8 67.8

69.7 71.2 73.9 78.62 79.9 81.0 82.2 83.1 84.0 85.1

85.7 86.5 87.0 88.0 88.5 89.0 89.3 89.7 90.6 91.2

92.2 93.2 93.7 95.3 96.1 97.2 97.8 98.0


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VI. CONCLUSIONES

Al principio del experimento observamos que la temperatura asciende ms rpido cada 30segundos para un volumen de 600 ml agua.

A la mitad del experimento y hasta el final observamos que la temperatura sube muy pococada 30 segundos esto por la necesidad de ms caloras para seguir subiendo o para llegar

al punto de ebullicin.

La masa del agua es proporcional a la cantidad de calor suministrado al sistema.

La pendiente del grafico T=T (t) es inversamente proporcional a la cantidad de agua conque se trabaje en el sistema.

El agua cuando pasa los 75 C presenta un comportamiento irregular en su grafico, algomuy diferente al inicio que tena un comportamiento lineal

VII. OBSERVACIONES

Se recomienda usar 400 ml de agua para el primer experimento y 200 ml para el segundo

experimento, as podemos observar con ms detalle el aumento de temperatura en unintervalo de 30 segundos.

No tocar el aro ni la rejilla cuando se calienta el agua, porque estn muy calientes.

Medir la distancia entre la llama y el vaso y mantenerlo firme durante toda la practica a fin

de que no cambie las condiciones de trabajo.

Al inicio de cada experiencia poner el termmetro en la mitad del volumen de agua a fin

de no alterar la temperatura debido a la cercana o alejamiento de este con la fuente de

calor.

No retirar el termmetro durante toda la experiencia.

No tocar el aro ni la rejilla cuando se calienta el agua, porque estn muy calientes


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BIBLIOGRAFA:

WILSON, Jerry D. Fsica con aplicaciones, Segunda Edicin. Editorial McGraw-Hill, 1991. SERWAY, Raymond A. Fsica, Cuarta Edicin. Editorial McGraw-Hill, 1996. LEA Susan, Burke John Robert. Fsica Vol. I. La naturaleza de las cosas.

Editorialinternational Thompson. Mxico 1999

ENCICLOPEDIA TEMTICA DE FSICA ENCICLOPEDIA TEMTICA OCANO

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