Calor Absorbido-Laboratorio 9

7/27/2019 Calor Absorbido-Laboratorio 9

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Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad

Alimentaria

UNIVERSIDAD NACIONALMAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, DECANA de Amrica)

ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS

INFORME DEL LABORATORIO DE FISICA

CALOR ABSORVIDO- DISIPADO Y

CONVECCION

Integrantes :

12160178 CALSINA QUISPECONDORI, RICARDO

12160205 VASQUEZ YRIGOYEN , STEVEN

12160046 CUCHILLO QUISPE , MIRKO

972658 INCA ESPINOZA , VICTOR

Profesor : CARLOS ECHE

Laboratorio N 8 : 10 DE JUNIO


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CALOR ABSORBIDO / DISIPADO YCONVECCION

I. Objetivo

Investigar el comportamiento de la energa trmica absorbida/disipada por unasustancia liquida.

Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido/disipado paradiferentes proporciones del lquido.

El objetivo de este laboratorio es el de estudiar la Cantidad de Calor que absorbeun liquido teniendo presente la variacin de la temperatura que experimentadurante un intervalo de tiempo, adems nos ayudar a como aprender a hacer unestudio comparativo para diferentes masas del liquido.

En la naturaleza el calor es una forma de energa que por lo general pasadesapercibido por los seres humanos, pero gracias al desarrollo del experimento

hemos aprendido conceptos importantes sobre este tema, lo cual es el objetivoprincipal.

II. Equipos/ Materiales

1 Mechero Bunsen 1 soporte Universal 1 Clamp Agua Potable 1 Vaso de precipitado 500cc 1 Termmetro 1 Agitador Cubos de hielo Papel milimetrado


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III. Fundamento Terico

La energa trmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamenteproporcional a su variacin de temperatura.

Esto es:

Q m (T T0)Q = mc (T- T0)

Donde:

C: calor especifico

T0: Temperatura inicial de referencia

T: Temperatura Final

El suministro de energa trmica por unidad de tiempo a un cuerpo, corresponde aque este recibe un flujo calorfico H.

Si el flujo es constante:

H =

= cte. (2)

Se tiene:

= mc

= H

Luego: dT = dt

Integrando e integrando se tiene:

=

T=

t + T0 (3)


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La ecuacin (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una funcin lineal, donde:H/mc representa la pendiente y T0 la temperatura inicial.

Si el cuerpo se encuentra en un sistema adiabtico, el trabajo de dilatacin se

realiza a expensas de la energa interna. Sin embargo, la variacin de la energa en el interior del cuerpo en un proceso no

coinciden con el trabajo realizado; la energa adquirida de esta manera sedenomina cantidad de calor, es positivo cuando absorbe calor y negativo cuandodisipa calor.

La energa interna del cuerpo aumenta a costa de la cantidad de calor adquiridadq, y disminuye a costa del trabajo realizado por el cuerpo dw(principio deconservacin de la energa en los procesos trmicos). Se le conoce como la

primera ley de la termodinmica.Y se expresa como:dU=dQ-PdV

IV. PROCEDIMIENTO

1. Montamos el equipo como se muestra en el diseo experimental

2. Colocamos en el vaso Prex agua a temperatura ambiente, casi hasta la partesuperior.

3. Anotamos el valor de la temperatura y el volumen del agua


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T0=21oV=400mL

4. Encendimos el mechero a una distancia determinada para que no cambie lascondiciones de experimentacin.

5. Se midio 5 cm entre la llama el vaso, esta distancia se debe mantener fijadurante toda la practica

6. Agitamos el agua previamente y lemos la temperatura cada 30 s, hasta llegaral punto de ebullicin.

TABLA 1 (m=400g)N datos t (s) T C

1 0 212 30 223 60 274 90 325 120 366 150 417 180 458 210 499 240 53

10 270 5711 300 6012 330 6413 360 6714 390 7115 420 7416 450 78

17 480 8118 510 8419 540 8620 570 8921 600 92

7. Repetimos los mismos pasos del (1) al (5) bajo las mismas condicionesanteriores pero ahora usamos la mitad de la cantidad de agua anterior.


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TABLA 2 (m/2=200)

datos t (s) T C1 0 212 10 213 20 224 30 225 40 246 50 267 60 278 70 299 80 31

10 90 3411 100 3612 110 3813 120 4014 130 4315 140 4516 150 4717 160 4918 170 5219 180 5420 190 5721 200 5922 210 6123 220 6324 230 6525 240 6626 250 6827 260 7028 270 7229 280 7430 290 7531 300 7732 310 7933 320 8134 330 8335 340 85


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8. Graficas de la variacin de la temperatura T versus el tiempo t, para los doscasos anteriores.

Grafico de la tabla 1

Grafico de la tabla 2

9. Determinar la ecuacin de la grafica por el mtodo de mnimos cuadradosconsiderando la temperatura hasta 75C.

T=m (t) +b

y = 0.1221x + 21.887

R = 0.994

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800

Temperatura

C

tiempo (s)

T C

T C

Linear (T C)

y = 0.2027x + 16.857

R = 0.9959

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400

TemperaturaC

tiempo (s)

T C

T C

Linear (T C)


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m=

b=

De la tabla 1 hasta la temperatura de 75C se obtiene:

n = 21b = 21.887 = tiempo tm= 0.1221 = pendiente

T= 0.1221t + 21.887

Entonces para T= 75 se obtiene:

75 = 0.1221 ( t) + 21.887

t = 434.996 s

Siendo su ecuacin:

T = m(t) +

De los grficos cmo identificaras el lquido que tienemayor masa?Cuando la pendiente es mayor indica menor masa ya que el tiempo para que llegue

al punto de ebullicin es menor.

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

La cantidad de calor que se libera absorbe en un proceso a presinconstante se mide con un calormetro.


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Cuando se introducen los reactivos, el calor que se absorbe libera en lareaccin hace que la temperatura del agua vare. Como conocemos DTpodemos conocer el calor.

Si en la grafica la pendiente es positiva aumenta la temperatura entonces, y consecuentemente Q > 0 y , lo que coincide con un proceso

exotrmico.Si en la grafica la pendiente es negativa disminuye la temperatura entonces

, y consecuentemente Q < 0 y , lo que coincide con un procesoendotrmico.

10. Vertimos esta agua en la probeta graduada hasta 200ml. Luego vertimos en elvaso de espuma de poliuretano. Colocamos un termmetro en el vaso deespuma y tomamos la temperatura del agua cada 10 s durante3 minutos.

TABLA 3

t (s) T C10 7420 7330 7340 7350 7360 7270 7280 7290 72

100 71110 71120 71130 70140 70150 70160 69170 69180 69

11. Sacamos un cubo de hielo con una toalla de papel y lo introducimos en el agua.12. Continuamos tomando la temperatura cada 10 s, agitando suavemente, hasta 3

minutos despus que el cubo de hielo se haya fundido.


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TABLA 4

t (s) T C10 6120 5930 5640 5550 5560 5470 5480 5490 54

100 54110 54120 54130 53140 53150 53160 53170 53180 53

En qu instante exacto el cubo de hielo termina defundirse?

Se funde a los 40 s de sumergido.

Determina el volumen final del agua:

Qu masa tena el agua originalmente?

Qu masa tena el hielo originalmente?

Explique cmo determino estas masas:


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Calor latente de fusin de hielo : L de fusin = 79.9 cal/g

Y

6.Haga una grafica de T versus t.

y = 66.36x-0.045

R = 0.8978

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

0 50 100 150 200

TemperaturaC

tiempo (s )

Series1

Power (Series1)


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Cmo afecto el cubo de hielo aadido al agua la rapidez de

enfriamiento?

El hielo absorbe calor para fundirse y ese calor fue cedido porel agua haciendo bajar la temperatura con relativa rapidez hastael momento en que el hielo se funde completamente , luego elhielo pasa al estado liquido hasta alcanzar la temperatura deequilibrio ,como se aprecia en la tabla 4

Calcule la cantidad total de calor perdida por el agua

mientras el cubo de hielo se funda.

Siendo

Calcule la cantidad total de calor perdido al enfriarse el agua

debido al hielo fundido hasta su temperatura final.

Siendo


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CONVECCION

La conveccin es una de las tres formas de transferencia de calory se caracterizaporque se produce por intermedio de un fluido (lquido o gas) que transporta elcalor entre zonas con diferentes temperaturas. La conveccin se producenicamente por medio de materiales fluidos.

Por ejemplo:

Al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la queest en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba,mientras que el agua que est en la superficie, desciende, ocupando el lugar quedejo la caliente.

La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezclade elementos macroscpicos de porciones calientes y fras de un gas o un lquido.Se incluye tambin el intercambio de energa entre una superficie sliday un fluidoo por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecnico (conveccinmecnica, forzada o asistida).

En la transferencia de calor libre o natural un fluido es ms caliente o ms fro yen contacto con una superficie slida, causa una circulacin debido a lasdiferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

La transferencia de calor por conveccin se expresa con la Ley del Enfriamientode Newton:

Donde es el coeficiente de conveccin (coeficiente de pelcula), esel rea del cuerpo en contacto con el fluido, es la temperatura en la superficiedel cuerpo y es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.

I. Objetivo

Investigar el transporte del calor en los fluidos
http://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_(fluidos)http://es.wikipedia.org/wiki/Ventiladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_convecci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_pel%C3%ADculahttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_pel%C3%ADculahttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_pel%C3%ADculahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81reahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81reahttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_pel%C3%ADculahttp://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_convecci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ventiladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_(fluidos)http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calor


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II. Equipos y Materiales

Soporte universal Pinza universal Vaso de precipitados, 250 ml. 1 cuchara de mango (esptula) Permanganato de potasio, 25 g. Sedal (hilo de seda) Espiral de papel preparado Mechero bunsen 1 clamp

III. Fundamento terico:

La propagacin del calor se puede dar por tres mtodos diferentes: conduccin (enslidos), conveccin (en fluidos) y radiacin a travs de cualquier mediotransparente a ella. Si hay diferencias de temperatura entre dos puntos, el calorsiempre se propaga de la zona ms caliente a la zona menos caliente.

Conveccin:

Es la manera ms eficiente de propagacin de calor, se da en fluidos. Un fluidoclido, por diferencias de densidades, ascienden hacia regiones menos calientes;por compensacin un fluido frio desciende a tomar su lugar; si continua as estemovimiento, da lugar a la formacin de clulas convectivas.

Ejemplo:

Cuando el agua hierve se forman burbujas (regiones calientes) que asciendenhacia regiones menos calientes, las clulas convectivas en la atmosfera que dan

lugar a las precipitaciones pluviales.


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IV. Procedimiento

Montaje 2

1. En el vaso de precipitado vertimos alrededor de 200 ml. De agua.2. Por el borde del vaso de precipitados dejamos caer en el agua algunos cristales de

permanganato potsico.3. Con la llama baja colocamos el mechero debajo del borde inferior del vaso de

precipitados


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4. Mientras se calentaba observamos atentamente el agua coloreada.Impresiones:

El agua al empezar a calentar adquiere un Movimiento cclico, la llama se coloc allado del vaso del precipitado a eso aadimos el Permanganato de potasio lo quecolora el aguaY describe la trayectoria del lquido.

5. Esquema de la fig. 2 de como el agua sube y baja cuando se calienta el agua.

Montaje 3

1. Desglosamos las hojas de las figuras de espirales y recortamos cuidadosamente.2.Hicimos un nudo en el sedal y lo pasamos por un orificio previamente hecho en el

centro del espiral.3.Encendimos el mechero a una cierta distancia entre 15 y 20 cm

Observamos atentamente el fenmeno.

Impresiones:

La espiral de papel al ser colocada sobre el mechero encendido, adquiere unmovimiento dependiendo del sentido del corte van a girar:

La espiral horaria gira en sentido horario y que la espiral anti horaria gira ensentido anti horario.

Si la espiral estuviera confeccionada del otro sentido, el giro

seria el mismo?


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Por qu?

No puesto que el sentido de la espiral deja que el aire caliente producido por elmechero recorra el borde de ella de otra forma por lo tanto su movimiento seria

en otro sentido.

4.Seales tres ejemplos en los que se observa este fenmeno:-Cuando el agua hierve se forman burbujas.

-La transmisin de calor al exterior desde lapared o el tejado de una casa en un da soleado sin viento, la conveccin en untanque que contiene un lquido en reposo en el que se encuentra sumergida una

bobina de calefaccin, el calor transferido desde la superficie de un colector solaren un da en calma.

-Se sita en calentamiento de la superficie terrestre debido a la incidencia de losrayos del sol.Esta, absorbe gran parte de la radiacin que procede del sol, lo que provoca que elaire en contacto con esta eleve tambin su temperatura. En los meses de verano,principalmente, se producen fuertes desequilibrios durante el da, entre el aire que


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se sita en capas bajas, que se calienta, y el circundante en niveles superiores.Esto genera una burbuja de aire ascendente y como consecuencia, nubosidadconvectiva a partir de una determinada altura.

V. EVALUACIN

1. Si en el paso 9 en lugar de agua se utiliza otro liquido demayor calor especfico, pero de igual masa, Cmo sera elgrfico? Trcelo y descrbalo.

CX>CAGUA, mX = mAGUA

Como el flujo H es constante. De la ecuacin (3), hallaremos la variacin:

T =

t agua T =

tx

TX > tAGUA

2. Cul es la razn de que en este experimento la temperatura

no llegue a 100C?

En este experimento hemos usado un vaso precipitado graduado de 500 ml . Estoindica que el vaso va a absorber energa trmica, del mechero y tambin a la vezdel ambiente , adems el agua potable o es agua pura ya que contiene otroscomponentes q la hacen aptas para el consumo humano , esto varia tambin elpuntode abullicion del agua.


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3. Para el caso de agua, aproximadamente a partir de 75C lagrafica de temperatura versus tiempo deja de tenercomportamiento lineal. Por qu?

Con los valores de la tabla, podemos describir que desde la temperatura ambiente,hasta la temperatura de 75C, la variacin del tiempo es graduada(aproximadamente cada 30 segundos la variacin de la temperatura es de 3C),pero a partir de temperatura mayor de 75C el tiempo aumenta rpidamente y enla grfica de temperatura vs tiempo deja de tener comportamiento lineal y tiendea una exponencial, debido a que los tomos de agua estn muy excitados ycolisionan muy rpido, por lo cual la temperatura aumenta mas rpido con el pasodel tiempo.

4. Indique el tiempo que demor en recorrer el intervalo 80C y85C. Revise el caos registrado entre 50C y 55C.

t (85- 80 ) = 340 315 = 25 C

t (55- 50) = 185 165 = 20 C

5. Qu significado tiene los datos del paso (7)?En el paso (7) repetimos los mismos pasos del anterior:Hervimos el agua a un flujo constante y medimos cada 30s desde la temperaturaambiente hasta que hierva. La diferencia es que en el paso (7) la masa es la mitadde la masa del paso anterior. Con esta experiencia hallaremos los valores deltiempo y comprobaremos si la Energa trmica es directamente proporcional a sumasa.

Sabemos que:

m2 =

T =

t1 T =

t2

T2 =

Lo cual queda demostrado que para el mismo liquido pero con una masa igual a lamitad de la anterior, el tiempo que tarda en hervir es la mitad del tiempo anterior.


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5. Compare los tamaos de los intervalos de temperatura paralas masas m y m/2.

m1 = 400g y m2 = 200 gTpromedio (m1) =

= 3.55 C

Tpromedio (m2) =

= 1.88 C

7. Investigue y explique concisamente sobre lacirculacin ocano-atmosfera.

La tierra como el mar se calienta al sol, la tierra lo hace ms rpidamente que elmar, con lo que cuando miras al mar tienes una masa de agua ms fra delante detus ojos, y una masa terrestre ms caliente a tu espalda.

Como consecuencia, el aire tras de ti se calienta por debajo como el de la olla conagua de arriba, se expande y asciende, mientras que el aire fro frente a ti es ms

denso y tiende a descender. Como consecuencia, el hueco dejado a tu espalda porel aire ascendente es rellenado por el aire fro frente a ti, que a su vez esremplazado por el aire que tiene encima, etc. Lo que se forma entonces es unaclula de conveccin, y el aire fresco procedente del mar sopla contra tu cara.

Cuando se hace de noche pasa lo contrario: una vez ms, la tierra se enfra msrpidamente que el mar, con lo que el aire sobre el mar est ms clido que entierra, se expande y eleva, es remplazado por el que hay a tu espalda ms fro, etc.Con lo que la brisa viene desde tierra adentro contra tu espalda y hacia el mar.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&docid=AFNtt0xFWxF7sM&tbnid=8HXxrNEtjJZdYM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/cienciasTierra/Tema7.html&ei=DbfQUfKFHc_C4APmnYGIBw&bvm=bv.48572450,d.dmg&psig=AFQjCNEVrjIoegAYgXULtzji9YKZPCQLjA&ust=1372718988326291


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8. Qu sucede en nuestro medio durante el fenmenodel nio?

El fenmeno se inicia en el Ocano Pacfico tropical, cerca de Australia eIndonesia, alterndose con ello la presin atmosfrica en zonas muy distantesentre s, hay cambios en la direccin y en la velocidad de los vientos, asi como eldesplazamiento de las zonas de lluvia a la regin tropical.

En condiciones normales, tambin llamadas condiciones No-Nio, los vientos Alisios(que soplan de este a oeste) apilan una gran cantidad de agua y calor en la parteoccidental de este ocano. El nivel superficial del mar es, en consecuencia,aproximadamente medio metro ms alto en Indonesia que frente a las costas delPer y Ecuador. Adems, la diferencia en la temperatura superficial del mar es dealrededor de 8C entre ambas zonas del Pacfico.

Las temperaturas fras se presentan en Amrica del Sur por que suben las aguas

profundas y producen una agua rica en nutrientes que mantiene el ecosistemamarino. En condiciones No-Nio las zonas relativamente hmedas y lluviosas selocalizan al sureste asitico, mientras que en Amrica del Sur es relativamenteseco.

En cambio durante el fenmeno de El Nio los vientos alisios se debilitan o dejande soplar, la mxima temperatura marina se desplaza hacia la Corriente de Perque es relativamente fra y la mnima temperatura marina se desplaza hacia elSureste Asitico. Esto provoca el aumento de la presin atmosfrica en el sureste


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asitico y la disminucin en Amrica del Sur. Todo este cambio ocurre en unintervalo de seis meses, aproximadamente desde junio a noviembre.

9. Qu son los vientos alisios? Qu fenmenos lo

producen?Sistema de vientos relativamente constantes en direccin y velocidad que soplanen ambos hemisferios, desde los 30 de latitud hacia el ecuador con direccinnoreste en el hemisferio norte y sureste en el hemisferio sur.

Los vientos alisos se producen debido a esta circulacin atmosfrica. A estacirculacin atmosfrica se le llam clula de Walker.

Cuando aparece la corriente clida de El Nio se observa que la circulacin de laclula de Walker cambia, aparecen bajas presiones en el E del Pacfico, y se divideen dos clulas diferenciadas en direcciones convergentes en el Centro del Pacfico.

10. Se sabe que el sol esta constituido por diversosgases, investigue usted como ocurre el transporte deenerga a travs de l.

El sol aporta energa exclusivamente por radiacin.Es un mecanismo de transmisin de calor en el que el intercambio se producemediante la absorcin y emisin de energa por ondas electromagnticas, por lo queno existe la necesidad de que exista un medio material para el transporte de laenerga.


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VI. CONCLUSIONES

La conveccin es una forma de transmisin de calor, que tiene lugar con movimientode materia.

La conveccin solo tiene lugar en los fluidos. La temperatura ambiente influye en los resultados ya que en este caso los

experimentos no se realizaron en un medio adiabatico

VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Se debe tener en cuenta una cantidad necesaria de Permanganato de Potasio, eneste caso lo indicado por el profesor para que se pueda apreciar la conveccin en el

vaso precipitado y a travs de ello poder observar como se produce el fenomeno.

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