Laboratorio de Fsica UTECUNIVERSIDAD DE INGENIERA Y TECNOLOGA

LABORATORIO DE FISCA1Practica de laboratorio N2CALOR ESPECIFICO, TEMPERATURA DE CUERPOS INCANDESCENTES Y GASES IDEALESIntegrantes (grupo 6):Alejandro Amante SantanaMateo Ismodes SolHebert HuertasEspecialidad: Ing. MecnicaProfesor: Juan Carlos Gonzales Gonzales

Fecha de realizacin: 1 de mayo de 2015Fecha de entrega: 4 de mayo de 20152015 - I

1) Introduccin:Todo cuerpo posee calor especfico, ya que es una caracterstica de todo material. En esta segunda semana en el laboratorio, aprenderemos a determinar la temperatura final y el calor especfico de un material y/o elemento, para ello utilizaremos el programa logger pro con el fin de facilitar y perfeccionar el trabajo. Adems demostraremos algunas de las leyes de los gases, como la ley de boyle.Tambin emplearemos las clsicas frmulas para hallar la temperatura o calor especfico, luego de usar el logger pro.

2) Objetivos:1) Determinar el calor especfico de un cuerpo slido por el mtodo de las mezclas. 2) Determinar la temperatura de un cuerpo incandescente (al rojo vivo), cuyo calor especifico es conocido, usando el mtodo de las mezclas.3) Verificar la Ley de Boyle de los gases ideales.4) Ser capaz de configurar e implementar equipos para toma de datos experimentales y realizar un anlisis grfico utilizando como herramienta el software. 5) Utilizar el software para la verificacin de parmetros estadsticos respecto a la informacin registrada.3) Fundamentos Tericos:

METODO DE MEZCLASEl mtodo de mezclas, el ms comn y ms usado en la determinacin de cambios de calor, est basado en el principio de la conservacin de la energa, en el cual dos o ms sistemas que tienen temperaturas diferentes son puestos en contacto, de tal forma que intercambien calor hasta que todos ellos adquieren la misma temperatura (temperatura de equilibrio).El mecanismo de transferencia de calor podr entenderse del modo siguiente:El cuerpo a temperatura ms alta tiene mayor energa de vibracin en sus partculas atmicas, cuando se coloca en contacto con el cuerpo ms frio que tiene una energa de agitacin menor; las partculas del cuerpo caliente entregan energa a las del cuerpo frio, que pasan a tener mayor agitacin, produciendo un aumento de temperatura de este cuerpo y un descenso en la del cuerpo caliente. Se produjo una transferencia de energa y despus un paso de calor del cuerpo caliente hacia el cuerpo frio. Cuando las temperaturas se igualan, las molculas de los cuerpos tienen, en promedio, la misma energa de agitacin. Pueden existir en cada cuerpo, individualmente, partculas con energa de agitacin diversa; pero en promedio la energa es la misma para los dos cuerpos.

Un cuerpo de masa M, cuyo calor especifico c se desea determinar es calentado hasta alcanzar una temperatura T y luego introducido rpidamente a un calormetro de masa Mc, y cuyo calor especifico cc el cual contiene en su interior una masa de agua MA, todos estos a una temperatura inicial Ti. La mezcla alcanzara una temperatura intermedia de equilibrio Teq. Aplicando el principio de conservacin de la energa tendremos que el calor perdido por el cuerpo debe ser igual al calor absorbido por el agua, el calormetro y el termmetro. Esto es: M c (T TEq) = MA cA (TEq Ti) + MC cC (TEq Ti) cuerpo aguacalormetroDe donde:

Que nos determina el calor especfico c del cuerpo. Este es el fundamento del mtodo de las mezclas. Es necesario observar que este mtodo solo conduce a la determinacin del calor especfico promedio en un intervalo de temperaturas un poco amplio.

LA TERMODINMICA:Es una parte de la fsica que se encarga de estudiar las relaciones existentes entre el calor y el trabajo, especialmente el calor que produce un cuerpo para realizar trabajo.

GASES IDEALES: Son llamados as ya que las interacciones entre las molculas son despreciables y esto ocurre cuando la separacin promedio de las molculas sea mucho mayor que el tamao de los tomos y esto hace que las molculas interacten muy poco con las dems.La ecuacin de estado del gas ideal: PV = N KB T Donde:P: Presin del gas V: Volumen ocupado por el gas en el recipiente que lo contiene N: Numero de partculas en el gas KB: Constante de Boltzmann 1,38 10-23 J/K T: Temperatura absoluta en Kelvin

De los experimentos realizados sobre gases ideales se encontraron las leyes llamadas La ley de Charles, La ley de Boyle y la Ley de Gay-Lussac. Ley de Charles: El volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta cuando su presin permanece constante

Ti, Tf (escala kelvin) Ley de Boyle-Mariotte: El volumen de un gas es inversamente proporcional a su presin cuando su temperatura permanece constantePiVi Ley de Gay Lussac: La presin de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, cuando su volumen permanece constante

Ti, Tf (escala kelvin)Materiales:

Computadora con programa LOGGER PRO instalado Interfase Vernier Sensor de presin absoluta Sensor de temperatura Jeringa Sensor de temperatura o Balanza Calormetro Cuerpo metlicos problema Probeta graduada - Pedazo de cobre Probeta graduada Vaso precipitados 250 ml Matraz 50 ml Fuente de calor Agitador.4) Procedimiento:4.1) Determinacin del calor especifico de solidosIngrese al programa Logger pro, haga clic sobre el icono experimento y seguidamente reconozca el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase Vernier Lab Quest.Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono tomar datos y lo configuramos para que registre una duracin de 10 minutos con 60 muestras por minuto.Luego presionar DATO / OPCIONES DE COLUMNA/ TEMPERATURA/ OPCIONES/ PRECISION MOSTRADA, luego seleccione y cambie a 2 cifras.Una vez configurado el sensor realice el montaje de la figura.

Inicie la toma de datos introduciendo 200ml de agua en el calormetro y oprimiendo el botn inicio (tomar datos) en la barra de configuracin principal de Logger pro. Utilice las herramientas de anlisis de programa para determinar la temperatura inicial Ti del sistema calormetro, agitador y agua.

Al momento de medir la masa de agua que introducir en el matraz cuide de no mojar la balanza

Coloque en el vaso de precipitados 200ml de agua, conjuntamente con el cuerpo y usando el mechero calintelo hasta que el agua hierva, de esta forma la temperatura T del cuerpo ser la misma que la del agua hirviendo (100 C aproximadamente).

Oprima el botn inicio en la barra de configuracin principal de logger pro.

Rpida y cuidadosamente introduce el cuerpo dentro del calormetro, agite el agua con el fin de crear corrientes de conveccin y distribuir el aumento de temperatura a todo el recipiente.

Utilice las herramientas de anlisis del programa para determinar la temperatura ms alta registrada, Esta ser la temperatura de equilibrio Teq.Rellenar la tabla 4.1

Clase de metal usadoCalor especifico terico

Medicin

Masa del calormetro Mc

Masa del cuerpo metlico M

Masa de agua

Temperatura inicial del sistema Ti

Temperatura inicial del cuerpo caliente T

Temperatura de equilibrio Teq

Calor especifico experimental

Error porcentual

4.1.1 Podras determinar el calor especfico de las muestras usadas en este experimento enfriando el metal a la temperatura del hielo en vez de calentarlo como se hizo en la experiencia? Explica.

4.1.2 Podras determinar el calor especfico de una sustancia desconocida sin necesidad de hacer uso de una sustancia de referencia como el agua? Explica.

4.1.3Si se duplicara el espacio entre las paredes de los recipientes del calormetro Variara el intercambio de calor?, explique su respuesta.

4.1.4 Qu viene a ser la energa calorfica absorbida por una sustancia cuando la temperatura es incrementada?

4.2) Determinacin de la temperatura de incandescencia.Haga el montaje de la figura 4.2.1.

Ingrese al programa Logger Pro, haga clic sobre el icono experimento y seguidamente reconozca el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase Vernier Lab Quest.

Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble.

Clic sobre el icono TOMA DE DATOS y lo configuramos para que registre una duracin de 10 minutos con 60 muestras por minuto.

Luego presione DATOS / OPCIONES DE COLUMNA / TEMPERATURA/ OPCIONES / PRECISION MOSTRADA, luego seleccione y cambie a 2 cifras. Inicie la toma de datos introduciendo los 100 ml de agua en el calormetro y oprimiendo el botn inicio en la barra de configuracin principal de Logger Pro. Utilice las herramientas de anlisis del programa para determinar la temperatura inicial Ti del sistema calormetro, agitador y agua

Caliente el rollo de cobre directamente con tu mechero sujetndolo con la pinza, hasta que se ponga incandescente. En esta forma la temperatura T del rollo de cobre incandescente ser la misma que la de la fuente de calor.

Oprima el botn inicio en la barra de configuracin principal de Logger Pro.

Rpida y cuidadosamente introduce el rollo de cobre incandescente dentro del calormetro. Agita el agua en el calormetro.

Utilice las herramientas de anlisis del programa para determinar la temperatura ms alta registrada. Esta ser la temperatura de equilibrio Teq.Complete la tabla. Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos innecesarios.

Al momento de medir la masa de agua que introducir en el matraz cuide de no mojar la balanza.

Llenar la tabla 4.2:

Clase de metal usado Cobre CuCalor especifico terico

Medicin

Masa del calormetro Mc

Masa del rollo de cobre M

Masa de agua

Temperatura inicial del sistema Ti

Temperatura inicial del cuerpo incandescente T

Temperatura de equilibrio Teq

Calor especifico experimental Cu

Error porcentual

4.2.1 Cunto es el equivalente en agua del calormetro?

4.2.2 Qu evidencia dan los resultados de esta experiencia para justificar que el agua tiene un calor especfico ms alto que el material considerado?

4.2.3 Si la temperatura del rollo de cobre hubiera sido 900 C Cul hubiera sido la temperatura desequilibrio de la mezcla?

4.2.4 Qu porcentaje de error has introducido al despreciar el equivalente en agua del termmetro? Demuestra tu respuesta.

4.2.5 Cmo podras medir la temperatura de una estrella?

4.3) Experiencia ley de Boyle.

Ingrese al programa Logger Pro, haga clic sobre el icono experimento y seguidamente reconozca el sensor de presin previamente insertado a la interfase Vernier Lab Quest.

Seguidamente procedemos a configurar la forma de registrar los datos

Para lo cual hacemos doble clic sobre el icono TOMA DE DATOS y luego seleccionamos BASADO EN ENTRADA y completamos el formulario segn la grfica 4.3.1.

Fig. 4.3.1. Configuracin del sensor Cuando hacemos este procedimiento automticamente se configura las columnas y la graficaAhora hacemos el montaje experimental de la figura 4.3.2. Asegrese que no existan fugas en las conexiones, de eso depende los resultados de su experimento. Fig. 4.3.2. Montaje experimental

Al empezar la grabacin de los datos aparecer una ventana CONSERVAR en la cual deber clicar y en ese momento aparecer un cuadro donde deber poner el valor de la inversa del volumen y as en cada valor que seleccione hasta completar la tabla 4.3.

El sistema grabar solo en el momento que se acepte el valor. Para finalizar la grabacin se seleccionar el icono de STOP.Rellenar la tabla 4.3:

Volumen (ml)Inversa de volumen (1/ml)Presin (KPa)

20.5

50.2

80.125

100.1

120.083

150.067

Un ejemplo de las curvas las podemos apreciar en la figura 4.3.3. Fig. 4.3.3. Curvas obtenidas en el experimento4.3.1. Qu forma tiene la grfica de presin vs inversa de volumen? Cmo se le denomina?

4.3.2. Si grafica Volumen vs inversa de la presin, Qu tipo de ajuste le toca hacer ahora? Por qu?

4.3.3. Se cumple la ley de Boyle?, Por qu?

4.3.4. Qu informacin relevante podemos hallar con esta experiencia?

4.3.5. Mencione las fuentes de error de esta experiencia

5) Observaciones:

6) Conclusiones: