Alumnos: Correa, Fabián Farías, Catalina Medina, Carolina Salazar, Belén Vejar, Valeria

Docente: Ricardo Maldonado

Determinación del cero absoluto – Calibración de un termistor.

Informe N°8

Universidad de Santiago de ChileFacultad de Química y Biología

Laboratorio de FísicaTUAQF

Introducción.

En este práctico intentamos buscar el cero absoluto a partir de una simple actividad que consiste en utilizar un termistor conectado al equipo y software de PASCO, luego de obtener los resultados se extrapolo para conocer el cero absoluto del sistema. Y también se realizó una curva de calibración para el termistor

Objetivos:

Determinar la curva de calibración de un termistor. Determinación del cero absoluto de un sistema.

Materiales:

Vaso de precipitado – 1.000 mL. Termómetro de -20 a 110 °C. Termistor. Conectores. Soporte Universal (2). Nueces. Programa Data Studio. Science Workshop. Sensor PASCO de presión absoluta. Sensor PASCO de temperatura. Cubeta de plástico. Tubo de ensayo. Esfera de acero. Cocina eléctrica. Ohmímetro. Hervidor. Glicerina. Hielo.

Procedimiento Experimental.

Actividad I: Calibración del termistor.

1.- En un tubo de ensayo de colocó glicerina.2.- Luego se introdujo el termistor y un termómetro dentro del tubo de ensayo de forma que el termistor quedó sumergido.

3.- El tubo de ensayo se colocó en el vaso de precipitado que a su vez contenía una mezcla agitada de agua y hielo.

4.- Posteriormente el agua en el vaso se calentó con la utilización de la cocina eléctrica y agitación constante.

5.- Con esto se registraron las diferentes temperaturas y se midió la resistencia eléctrica del termistor con ayuda del ohmímetro, estos datos se tabularon para la confección de un gráfico .

Imagen1. Sistema para calibrar un Termistor.

Actividad II: Determinación del cero absoluto.

1.- Se conectó el sensor PASCO de temperatura al Science Workshop Thermistor de la interface Data Studio.

2.- Se conectó el sensor PASCO de presión a la interface.3.- Se realizó un gráfico de muestra de Temperatura vs presión y se examinó una respuesta en el monitor.

4.- En la cubeta se colocó agua caliente para introducir la esfera de acero.5.- Se sumergió la esfera de manera que quedara totalmente cubierta con agua utilizando el soporte universal.

6.- Cuando no se observaron más cambios en la temperatura, se agregó hielo al sistema.7.- Nuevamente cuando no se detectó más variación de temperatura se repitió el punto anterior hasta obtener la temperatura más baja posible.

8.- Finalmente con los datos recopilados en esta actividad se realizó el respectivo gráfico para determinar el cero absoluto mediante una extrapolación.

Imagen 2. Sistema y sensor para determinar el Cero Absoluto.

Resultados.

Actividad I: Calibración del termistor.

Los datos obtenidos en este análisis fueron registrados en la siguiente tabla.

Tabla 1. Datos de temperatura en grados Celsius y resistencia eléctrica del termistor en Kilo Ohm.

T°C KΩ T°C KΩ T°C KΩ T°C KΩ T°C KΩ0 27,62 11 15,15 22 9,10 33 5,58 44 3,641 28,25 12 14,18 23 8,74 34 5,40 45 3,492 24,95 13 13,96 24 8,21 35 5,16 46 3,353 23,92 14 13,64 25 7,74 36 4,90 47 3,154 22,11 15 12,87 26 7,52 37 4,76 48 3,125 20,96 16 12,39 27 7,28 38 4,56 49 3,076 20,34 17 11,58 28 6,98 39 4,39 50 2,927 19,05 18 10,98 29 6,51 40 4,20 - -8 18,18 19 10,56 30 6,28 41 4,10 - -9 17,34 20 10,04 31 5,94 42 3,86 - -

10 16,32 21 9,30 32 5,86 43 3,80 - -

Con los datos registrados se confeccionó el siguiente gráfico para determinar los valores constantes y su error ajustando los puntos experimentales a la ecuación.

0 10 20 30 40 50 600

5

10

15

20

25

30

f(x) = 25.6909631624235 exp( − 0.0452862836012757 x )R² = 0.995288285525227

Temperatura (°C)

Resis

tenc

ia (K

Ω)

Figura 1. Gráfico de temperatura vs resistencia de la calibración del termistor.

En el gráfico se observa que a medida que aumentó la temperatura la resistencia registrada en el ohmímetro disminuyó, evidenciando un decaimiento de carácter exponencial.

Con la gráfica anterior se realizó una rectificación para determinar las constantes. Con la siguiente fórmula:

R (T )=A eBT

A ésta fórmula se le aplicó logaritmo natural para poder rectificar el gráfico anterior.

LnR=ln A+ln e(BT )

LnR=ln A+BT

Con esto se cambiaron los ejes “x” e “y” obteniendo lo siguiente:

x = 1/T (K-1).y = Ln R (Ln Ω).

Se tabularon los resultados en la Tabla 2.

Tabla 2. Nuevos datos para la rectificación de Figura 1, determinando 1/T° (en Kelvin) y el logaritmo natural de la resistencia LnΩ.

T°K-1 LnΩ T°K-1 LnΩ T°K-1 LnΩ0,00366099

10,2262954

0,00351927

9,62575581

0,00338811

9,11602969

0,00364764

10,2488487

0,00350693

9,55958780

0,00337667

9,07566547

0,00363438

10,1246291

0,00349467

9,54395138

0,00336530

9,01310820

0,00362122

10,0824702

0,00348250

9,52076193

0,00335402

8,95415697

0,00360815

10,0037853

0,00347041

9,46265430

0,00334280

8,92532142

0,00359518

9,95037114

0,00345841

9,42464497

0,00333167

8,89288614

0,00358230

9,92034467

0,00344649

9,35703475

0,00332060

8,85080420

0,00356952

9,85482238

0,00343466

9,30383072

0,00330961

8,78109474

0,00355682

9,80807737

0,00342290

9,26482856

0,00329870

8,74512526

0,00354421

9,76077125

0,00341122

9,21433239

0,00328785

8,68946441

0,00353170

9,70014663

0,00339963

9,13776968

0,00327708

8,67590488

T°K-1 LnΩ T°K-1 LnΩ0,00326637 8,62694406 0,00315308 8,199738960,00325574 8,59415423 0,00314317 8,157657020,00324517 8,54869186 0,00313332 8,116715620,00323468 8,49699048 0,00312354 8,055157730,00322425 8,46800295 0,00311381 8,045588280,00321388 8,42507790 0,00310414 8,02943284

0,00320359 8,38708451 0,00309454 7,979338900,00319336 8,34283980 - -0,00318319 8,31874225 - -0,00317309 8,25842246 - -0,00316306 8,24275635 - -

Se elaboró una nueva gráfica con los datos tabulados en la Tabla 2.

0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036 0.00370

2

4

6

8

10

12

f(x) = 4011.60463169632 x − 4.46618979426946R² = 0.999039565018892

ln Ω versus 1/K

Temperatura - T°K-1

Resis

tenc

ia (L

nΩ).

Figura 2. Rectificación del gráfico exponencial (Figura 1).

Se obtiene una pendiente de 4.011,6x y un intercepto de 4,4662

Actividad II: Determinación del cero absoluto.

Esta actividad fue demostrativa se utilizaron los datos del grupo de Córdova. Tabla 3. Lecturas de temperatura (TºC) y presión (kPa) obtenidas mediante el software.

TºC kPa TºC kPa TºC kPa TºC kPa

77,2 123,52 78,2 123,53 71,3 119,25 63,2 115,1276,4 123,48 77,7 123,50 70,4 119,11 62,4 114,7175,9 123,50 76,8 121,50 69,4 119,02 61,4 114,5776,4 123,53 75,6 120,50 68,6 118,80 56,5 114,2377,4 123,56 74,5 119,69 70,4 118,46 56,4 112,87

78,0 123,55 73,4 119,55 67,9 115,77 49,0 110,5477,9 123,70 72,4 119,46 64,7 115,50 48,87 110,40

48 53 58 63 68 73 78 83100

105

110

115

120

125

f(x) = 0.465386294981248 x + 86.5793515384601R² = 0.933320858636959

Temperatura versus Presión

kPaLinear (kPa)

Temperatura (ºC)

Pres

ion

(kPa

)

Figura 3. Gráfico de temperatura vs presión.

En el gráfico se observa que a medida que disminuyó la temperatura, la presión registrada también disminuyó.

y = 0,4654x + 86,579

0 = 0,4654 x + 86,57986,579 = x0,4654- 186,03 = x

Cero Absoluto Experimental: -186,03 °K

Porcentaje de error: -273,15 + 186,03 : 273,15 * 100 = 31,9%

Discusión

Para la segunda actividad el objetivo principal era observar y conocer un método sencillo de acercamiento al Cero Absoluto, considerando que para llegar a este valor exacto es muy complicado debido a los diferentes factores de error experimental. Como por ejemplo mal manejo del equipo, al momento de hervir agua, el traslado puede haber afectado la pérdida de calor y temperatura, etc. El valor obtenido en la práctica fue de -186,03°K frente al valor exacto de Cero absoluto -273,15°K. Obteniendo un porcentaje de error de 31,9%.