Informe Física EUSO 2012 - CMJ

EUSO 2012 Carmen, Maite y Juan

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Olimpiada Científica EUSO – 2012

ras recibir en nuestro centro información sobre la olimpiada científica 2012

(EUSO), decidimos presentarnos como grupo para llevar a cabo las

investigaciones necesarias que más adelante presentamos.

Ante todo, hemos aprendido como se lleva a cabo una investigación científica: como

hay que trabajar, planificar las cosas, repetir los procesos y sobre todo como no todo es

tan fácil como parece, hay veces que no salen las cosas a la primera y hay que investigar

por qué suceden.

Prueba de Física

Nuestro grupo, formado por Carmen Moya, María Teresa Calzada y Juan Perea,

realizamos el proceso de experimentación de la prueba de física en el laboratorio de

nuestro centro I.E.S. Azuer (Manzanares).

En este apartado hemos llevado a cabo dos observaciones:

1. Observamos el enfriamiento de un objeto concreto (lata) sobre un baño

de agua fría para determinar el parámetro de enfriamiento “k”.

2. Observamos el enfriamiento del mismo objeto con un entorno pequeño

(aceite de girasol) aislado para determinar el calor específico del aceite de

girasol.

Hemos encontrado algunos problemas sobre todo a la hora de que las temperaturas

del medio (aceite de girasol) y del agua presente en el interior de la lata se igualaran, ya

que el tiempo necesario para ello era muy grande (más de 2 h).

Nuestros objetivos en esta parte eran: determinar el parámetro de enfriamiento “k” y

el calor específico del aceite de girasol.

1ª Parte

Primeramente y tras hacernos con los materiales necesarios (lata, barreño y soportes),

montamos el montaje necesario para la realización de la primera parte.

T



Una vez teníamos el montaje realizado, introducimos la masa de agua

correspondiente en la lata (335,3g), previamente habiéndola calentado (hasta una

temperatura superior a la que comenzaríamos a medir los intervalos de tiempo), y

llenamos el barreño (entorno de agua fría) con una probeta hasta alcanzar un volumen

de 10L.

A continuación comenzamos a tomar nota de los intervalos de tiempo a medida de

que al agua contenida en la lata comenzaba a enfriarse. Los resultados obtenidos en

dichas mediciones fueron los siguientes:

Experiencia 1

Baño de agua: temperatura inicial 15 ºC – final 16ºC.

Temperatura (ºC) Tiempo (00:00,00)

52 00:37,07

50 00:47,56

48 00:58,91

45 01:15,38

43 01:25,77

40 01:51,22

37 02:19,62

34 02:56,72

31 03:38,26

27 05:02,73

24 06:44,06

21 09:13,40

18 17:42,86

17,5 32:36,43



Experiencia 2

Baño de agua: temperatura inicial 16 ºC – final 18ºC.

Experiencia 3

Baño de agua: temperatura inicial 17 ºC – final 19 ºC.

Representación gráfica de la temperatura del agua de la lata frente al tiempo. La

temperatura del medio, en este caso del agua del barreño, se mantuvo prácticamente

constante en comparación con la de la lata aunque hubo un pequeño aumento.


51 00:23,08

48 00:44,31

45 01:04,82

43 01:31,67

40 02:08,26

37 02:44,36

34 03:37,51

31 04:30,81

27 06:12,42

24 08:57,14

21 17:19,08

20 29:26,59


60 00:00,00

57 00:15,44

54 00:30,25

51 00:47,08

48 01:07,22

45 01:27,05

42 01:54,98

39 02:23,90

36 03:01,17

33 03:47,36

30 04:49,78

27 06:18,57

24 08:48,90

20 21:34,41



Por otra parte debéis hacer el estudio de la fórmula como os he explicado para concluir

que se debe representar ln(T-TA) frente al tiempo con el fin de determinar el valor de k.

Repasar la gráfica. El tiempo ponerlo en segundos. Podéis primero hacer la gráfica de la

temperatura para ver si sigue la forma de una exponencial y después la del ln.

2ª Parte

Para comenzar, con unos materiales que previamente habíamos conseguido, fabricamos

nuestro propio calorímetro. Para ello hemos utilizado los siguientes materiales:

- Corcho blanco

- Aislante

- Tijeras/Cuchillo

- Caja de cartón

Comenzamos recortando un trozo de corcho blanco para realizar una tapa al vaso

de precipitado donde realizaríamos la experiencia.



Una vez teníamos la tapa, cubrimos el vaso de precipitado con un aislante

cilíndrico y ponemos unas placas de corcho en las partes laterales de la caja de

cartón para posteriormente comenzar a añadir cocho blanco en trozos (que

funcionaría como aislante).

Para finalizar, realizamos los dos orificios necesarios para poder poner los dos

termómetros (para el baño y para el agua del interior de la lata) y comenzamos

ya con la experimentación.

Posteriormente realizamos el cálculo del equivalente en agua del calorímetro

que más adelante necesitaríamos. Para calcular dicho valor, realizamos la

experiencia del mismo modo pero en lugar de un baño de aceite, lo hicimos con

un baño de agua. Con ello pudimos hallar dicho valor y que, realizando los

cálculos nos dio un resultado de 85,625.



A continuación comenzamos a tomar nota de los intervalos de tiempo a medida de

que al agua contenida en la lata (337,5g) comenzaba a enfriarse pero esta vez rodeado

de un medio diferente (aceite de girasol – 227,5g) y en el interior de un calorímetro.

Los resultados obtenidos en dichas mediciones fueron los siguientes:

Experiencia 1

Baño de aceite de girasol: temperatura 20 ºC.

Temperatura agua (ºC) Temperatura aceite (ºC) Tiempo (00:00,00)

60 39 00:00,00

57 45 03:16,43

54 48 15:12,75

51 47,5 56:42,48



Experiencia 2

Baño de aceite de girasol: temperatura 18,5 ºC.


60 22 00:00,00

59 24,5 00:35,87

58 26 01:00,66

57 29 01:33,10

56 32 02:06,74

55 34 02:45,37

54 38 03:44,87

53 41 04:53,62

52 42,5 06:12,03

51 44,5 08:08,16

50 45,5 11:22,81

49 46 16:41,94

48 45,5 26:52,24



Experiencia 3

Baño de aceite de girasol: temperatura 20 ºC.


62 20 00:00,00

61 25 00:24,19

60 26 00:41,39

59 29 01:07,61

58 31 01:33,75

57 34 02:04,80

56 37 02:43,87

55 39,5 03:26,15

54 43 04:34,09

53 45 05:46,25

52 46,5 07:21,93

51 48 10:17,05

50 48,5 13:00,73

49,5 48 19:08,17

49 48 21:32,36



Tras valorar los datos obtenidos, calculamos el calor cedido o absorbido:

Debemos deducir el valor “k” de la expresión de la ley:

T = Ta + (To- Ta) e-kt

Reordenamos la ecuación:

T – Ta = (To- Ta) e-kt

Como es de tipo exponencial, hemos decidido tomar logaritmo neperiano:

ln (T- Ta) = ln (To- Ta) –kt

Dicha expresión tiene forma de línea recta: y = ax + b. Donde y = ln (T- Ta), b = ln

(To- Ta), a = -k y x = t. La representación gráfica debe ser ln (T- Ta) fente al tiempo (t) y

con una pendiente de –k.

Para el cálculo del calor específico del aceite, hemos deducido que el calor cedido

por el agua caliente: Qc = m*ca* (tf – ti) se usa para calentar tanto el aceite como el

calorímetro: Qg = mac* cac* (tf – ti) +meq * ca* (tf – ti).

Con los resultados obtenidos en la experimentación de la parte de física podemos

parcialmente demostrar que cuando un cuerpo se encuentra a mayor temperatura que su

entorno se produce una transferencia de energía y que viene expresada por la ley de

Newton del enfriamiento.

A su vez, podemos observar que el descenso de la temperatura depende del medio

por el cual esté rodeada la lata. En el caso del agua la temperatura bajaba más rápido.

Sin embargo en el caso del aceite, al tener un calor específico menor la temperatura baja

más lentamente.

También podemos observar que le temperatura desciende en ambos casos muy

rápido al principio pero poco a poco va ralentizándose a medida que se acerca al

equilibrio. Dicho hecho es debido a que la función que las relaciona es exponencial

*Más fotos, videos y seguimiento del proyecto en nuestra web: www.cmjeuso.netnai.net



Agradecimientos al AMPA del instituto por haber contribuido a la compra del

material y reactivos. Además en el de química también agradecer a la Facultad de

Química de la UCLM la aportación de algunos de los reactivos.

Sin olvidarnos por supuesto a Francisco Martín y José Valenzuela por asesorarnos

en el transcurso del proyecto realizado durante este mes.



Carmen, Maite y Juan, Olimpiada Científica EUSO 2.012 - Física, págs.1-12



(2.011)

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