CONDUCTIVIDAD EN LÍQUIDOS

Julián David Vidal González  102214011898Elkin Javier Durán Almeciga  102214011752

Marcela Edith Figueroa Arteaga 102214011526Alix Estefany Cabrera Vargas 14613010110

Eduardo Andres Canola SoteloAbril 1 del 2015

1. OBJETIVOS

1. Analizar la conductividad eléctrica del agua según varía su temperatura y salinidad.

2. Verificar que a ciertas circunstancias el agua cumple la ley de Ohm.3. Afianzar los conocimientos ya adquiridos sobre el manejo de instrumentos

como el multímetro, termómetro y la fuente.

2. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA EN LÍQUIDOS

La conductividad eléctrica es una de las características más importantes de los electrolitos, ya que representa la capacidad de estos para transportar la corriente eléctrica.La resistencia de un conductor electrolítico al paso de la corriente se puede determinar mediante la ley de ohm, si se le aplica una diferencia de potencial a un fluido que contenga iones, se establecerá una corriente de iones positivos que se mueven en la dirección del campo eléctrico y los iones negativos lo harán en sentido contrario.La conductividad electrolítica es una medida de la disociación de una solución que permite el paso de la corriente eléctrica por la migración de iones bajo la influencia de un gradiente de potencial.Los iones se mueven a una velocidad que depende de su carga y tamaño, la viscosidad del medio y la magnitud del gradiente de potencial.

Conductividad del agua

El agua pura es un buen conductor de la electricidad. El agua destilada ordinaria en equilibrio con dióxido de carbono en el aire tiene una conductividad aproximadamente de 10 x 10-6 Ω-1*m-1. Debido a que la corriente eléctrica se transporta por medio de iones en solución, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones, de tal manera que la conductividad en el agua disuelve compuestos iónicos.el agua pura no es muy buena conductora pero cuando se disuelve con sal (NaCl) las moléculas de sal se parten en dos pedazos, un ion de sodio y uno de cloro. Al ion de sodio le falta un electrón, lo que le da una carga positiva. El ion de cloro tiene un electrón de más, lo que le da una carga negativa.

Los iones positivos migran al electrodo negativo y ganan electrones. Este proceso se conoce como reducción. Los iones negativos migran al electrodo positivo y pierden electrones. A este proceso se le llama oxidación. Este movimiento de iones o carga

eléctrica es el responsable de la corriente eléctrica que fluye en una solución. La conductividad eléctrica de cada solución es, por lo tanto, dependiente de su concentración iónica.Influencia de la temperatura

La conductividad de una disolución de una concentración dada cambia con la temperatura. La relación entre el cambio en la conductividad en función de la temperatura se describe en término del coeficiente de temperatura. El coeficiente de temperatura varía con la naturaleza y concentración del electrolito, como se deduce de la Tabla 2. Usualmente, los conductímetros tienen la capacidad de compensar las medidas por los cambios de temperatura. Esta compensación puede realizarse manualmente o estar fija (p.ej. 2.0 %), dependiendo del equipo. Por definición, un valor de conductividad compensado por cambio de temperatura es la conductividad que tendría la solución a la temperatura de referencia (que puede ser distinta de la temperatura de trabajo). Esta temperatura de referencia puede ser 20 ºC ó 25ºC, y cuanto más cercana sea la temperatura de medida a la temperatura de referencia, menor será el error cometido.

Metodo de  Minimos Cuadrados

Mínimos cuadrados es una técnica de análisis numérico enmarcada dentro de la optimización matemática , en la que dados un conjunto de pares ordenados: variable independiente, variable dependiente y una familia de funciones, se intenta encontrar la función continua, dentro de dicha familia, que mejor se aproxime a los datos (un "mejor ajuste"), de acuerdo con el criterio de mínimo error cuadrático. En su forma más simple, intenta minimizar la suma de cuadrados de las diferencias en las ordenadas entre los puntos generados por la función elegida y los correspondientes valores en los datos. Específicamente, se llama mínimos cuadrados promedio(LMS) cuando el número de datos medidos es 1 y se usa el método de descenso por gradiente  para minimizar el residuo cuadrado. Se puede demostrar que LMS minimiza el residuo cuadrado esperado, con el mínimo de operaciones (por iteración), pero requiere un gran número de iteraciones para converger.

Desde un punto de vista estadístico, un requisito implícito para que funcione el método de mínimos cuadrados es que los errores de cada medida están distribuidos de forma aleatoria. El teorema de Gauss-Márkov prueba que los estimadores mínimos cuadráticos carecen de sesgo y que el muestreo de datos no tiene que ajustarse, por ejemplo, a una distribución normal. También es importante que los datos a procesar estén bien escogidos, para que permitan visibilidad en las variables que han de ser resueltas. La técnica de mínimos cuadrados SÓLO es aplicable para rectas(funciones de primer grado) NO para curvas(funciones de segundo grado o superior).

1. Mejor pendiente2. Mejor intercepto 3. Diferencia valores y4. Desviación estándar de la distribución de valores de δy alrededor de la

mejor línea5. Incertidumbre mejor pendiente6. Incertidumbre mejor intercepto 7. Coeficiente de correlación

3. MONTAJE EXPERIMENTAL

Materiales

1. 1 balanza analitica

2. 1 jarra para calentar agua 3. 1 cubeta plástica 4. 1 jeringa marcada por mililitros5. 2 electrodos de aluminio 6. 2 multímetros con sus cables o conectores7. 1 Termómetro digital para líquidos8. Agua9. Sal10. Solución salina

          Multímetro                                      Fuente                            Solución salina y Jeringa

                      Sal                                          Agua                    Jarra para calentar el agua

Luego de haber leído detenidamente la guía para el laboratorio, realizamos el montaje inicial de los electrodos ubicados en los dos extremos de la cubeta con el multímetro conectado como se muestra en la siguiente imagen:                                                                                         Montaje inicial

Luego llenamos con agua la cubeta hasta que se cubrió una parte pequeña de los electrodos, encendimos la fuente, la pusimos en 10V y con la ayuda de la jeringa agregamos 1 ml de solución salina repartido por toda la cubeta; también revolvemos un poco el agua para asegurarnos de que la solución salina estuviera bien mezclada en el agua.Con la ayuda de los dos multímetros medimos el voltaje y la corriente entre los electrodos, usando un multímetro para cada medida.Posteriormente agregamos otro ml de solución salina, mezclamos y tomamos los datos de nuevo. Repetimos el proceso hasta haber echado 15 ml de solución salina a la cubeta.Luego apagamos la fuente y vaciamos y lavamos la cubeta.Usando una balanza muy precisa pesamos 1 gr de sal varias veces, de forma que teníamos varios gramos de sal separados.Espolvoreamos un gramo de sal en la cubeta(con agua) y revolvemos un poco, luego para cada tensión entre electrodos de la tabla 2, medimos la corriente. Luego disolvimos otro gramos de sal en la mezcla y repetimos el proceso anterior hasta haber añadido 4 gr de sal.Finalmente apagamos la fuente, vaciamos y lavamos la cubeta y calentamos agua a más o menos 80°C, la echamos a la cubeta y conectamos un termómetro. A partir de los 70°C y contando de dos grados en dos grados, tomamos nota de la corriente y el voltaje entre los electrodos ayudándonos de un video que tomamos de lo marcado en

los multímetros y el termómetro con el que pudimos corroborar la veracidad de los datos.

De esta forma ubicamos los instrumentos para poder observar con mayor facilidad los cambios en los valores marcados

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tras hacer todas las medidas respectivas se consignaron los valores obtenidos en las tres tablas como lo pedía la guía .La corriente eléctrica resulta del movimiento de partículas cargadas eléctricamente y como respuesta a las fuerzas que actúan en estas partículas debido a un campo eléctrico aplicado. como se puede ver para la primera parte de la práctica se midió la corriente a medida que aumentaba la cantidad de solución salina efectivamente aumentando la corriente a medida que añadimos solución, el agua pura no es buen conductor de la electricidad pero una cantidad de corriente mínima puede moverse por la misma, como la electricidad es un flujo constante de partículas con carga eléctrica a través de una sustancia puede fluir a través de la sustancia y transportar corriente pero en este conductor que contiene agua salada la corriente se mueve mediante moléculas denominadas iones  , cuando se disuelve sal o cloruro de sodio (NaCl) las moléculas de sal se parten en dos pedazos un ion de sodio y uno de cloro,

al ion de sodio le falta un electrón lo que le da una carga positiva y el ion de cloro tiene tiene un electrón de más lo que le da una carga negativa.

entonces una fuente que envía corriente a través del agua tendrá dos terminales una negativa que conduce electrones al agua  y una positiva que los quita las cargas opuestas se atraen por eso los iones de sodio son atraídos por el electrodo o terminal negativa y los de cloro por la positiva. los iones forman un puente donde los iones de sodio absorben a los electrones de la terminal negativa y los pasan a los iones de cloro y luego la terminal positiva, así corroborando que efectivamente cuando mayor sea la cantidad de NaCl la distribución de iones va a ser mayor por ende la corriente va a aumentar. como lo indica la tabla 1 gráfica 1.    

Como la conductividad eléctrica es la capacidad  que tienen las sales inorgánicas en los electrolitos para conducir la corriente eléctrica. el agua con sales disueltas conduce la corriente eléctrica como ya lo habíamos explicado anteriormente  los iones cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente, la cantidad conducida dependerá del número de iones presentes del voltaje proporcionado y de su movilidad. en la mayoría de las soluciones, entre mayores sean las cantidad de sal disuelta mayor va a ser su conductividad por eso a medida que íbamos añadiendo de a gramo de sal la corriente iba siendo cada vez mayor podemos ver en la tabla 2 como se ve claramente el aumento de la corriente y más explícitamente lo podemos notar en la grafica numero 2 algunas sustancias se ionizan en una forma más completa que otras y por lo mismo conducen mejor la corriente, cada ácido o sal tiene su curva característica son buenos conductores los ácidos bases y sales inorgánicas.

Es indiscutible que la temperatura juega un papel fundamental , puesto que la conductividad de la concentración de una disolución dada cambia con la temperatura.relación del cambio en función con la temperatura   se describe en términos del coeficiente de la temperatura el coeficiente de electrolito varía con la naturaleza y concentración del electrolito como lo podemos deducir en la tabla 3 y el gráfico 3, usualmente los conductímetros tienen la capacidad de compensar las medidas por los cambios de temperatura puede realizarse manualmente o estar fija a medida que la temperatura va disminuyendo la corriente también lo va haciendo.  

GRÁFICA 1En este caso es evidente que estamos frente al típico caso de una recta, así que se usa las ecuaciones de la 1 a la 7 correspondientes al principio de mínimos cuadrados

para calcular los valores de la mejor pendiente con su respectiva incertidumbre, el mejor intercepto con su correspondiente error y el coeficiente de correlación lineal.

El hecho de tener un coeficiente de correlación(r) muy cercano a uno, confirmamos que la relación entre corriente(I) y solución salina(Sln) es lineal y para nuestra satisfacción las medidas fueron bastante exactas ya que las incertidumbres de la pendiente y el intercepto son muy cercanas a cero. La pendiente nos indica que por cada 73 mA, habrán 2500mL.

GRÁFICA 2

Para cuando hay 1 gramo de sal en la solución se tiene que:Para esta gráfica, también se ve que los datos tienen un comportamiento lineal, así que se puede aplicar las ecuaciones 1-7 para hallar los valores de la mejor pendiente

con su respectiva incertidumbre, el mejor intercepto con su correspondiente error y el coeficiente de correlación lineal.   

El hecho de tener un coeficiente de correlación(r) muy cercano a uno, confirmamos que la relación entre corriente(I) y voltaje(V) es lineal y para nuestra satisfacción las medidas fueron bastante exactas ya que las incertidumbres de la pendiente y el intercepto son muy cercanas a cero. La pendiente nos indica que por cada 693 mA, habrán 500V.

Para cuando hay 2 gramos de sal en la solución se tiene que:Para esta gráfica, también se ve que los datos tienen un comportamiento lineal, así que se puede aplicar las ecuaciones 1-7 para hallar los valores de la mejor pendiente con su respectiva incertidumbre, el mejor intercepto con su correspondiente error y el coeficiente de correlación lineal.   

El hecho de tener un coeficiente de correlación(r) muy cercano a uno, confirmamos que la relación entre corriente(I) y voltaje(V) es lineal y para nuestra satisfacción las medidas fueron bastante exactas ya que las incertidumbres de la pendiente y el intercepto son muy cercanas a cero. La pendiente nos indica que por cada 529 mA, habrán 200 V.

Para cuando hay 3 gramos de sal en la solución se tiene que:Para esta gráfica, también se ve que los datos tienen un comportamiento lineal, así que se puede aplicar las ecuaciones 1-7 para hallar los valores de la mejor pendiente con su respectiva incertidumbre, el mejor intercepto con su correspondiente error y el coeficiente de correlación lineal.   

El hecho de tener un coeficiente de correlación(r) muy cercano a uno, confirmamos que la relación entre corriente(I) y voltaje(V) es lineal y para nuestra satisfacción las medidas fueron bastante exactas ya que las incertidumbres de la pendiente y el intercepto son muy cercanas a cero. La pendiente nos indica que por cada 19401 mA, habrán 5000V.

Para cuando hay 4 gramos de sal en la solución se tiene que:

Para esta gráfica, también se ve que los datos tienen un comportamiento lineal, así que se puede aplicar las ecuaciones 1-7 para hallar los valores de la mejor pendiente con su respectiva incertidumbre, el mejor intercepto con su correspondiente error y el coeficiente de correlación lineal.   

El hecho de tener un coeficiente de correlación(r) muy cercano a uno, confirmamos que la relación entre corriente(I) y voltaje(v) es lineal y para nuestra satisfacción las medidas fueron bastante exactas ya que las incertidumbres de la pendiente y el intercepto son muy cercanas a cero. La pendiente nos indica que por cada 50291 mA, habrán 10000V.

GRÁFICA 3

Para esta gráfica, también se ve que los datos tienen un comportamiento lineal, así que se puede aplicar las ecuaciones 1-7 para hallar los valores de la mejor pendiente con su respectiva incertidumbre, el mejor intercepto con su correspondiente error y el coeficiente de correlación lineal.      

El hecho de tener un coeficiente de correlación(r) muy cercano a uno, confirmamos que la relación entre corriente(I) y voltaje(V) es lineal y para nuestra satisfacción las medidas fueron bastante exactas ya que las incertidumbres de la pendiente y el intercepto son muy cercanas a cero. La pendiente nos indica que por cada 3929 mA, habrán 10000°C.

5. CONCLUSIONES

En las 3 gráficas, la relación entre la corriente vs solución salina, corriente vs voltaje y corriente vs temperatura es directamente proporcional,  tiene un comportamiento lineal y por la inclinación de la recta se puede decir que su constante de proporcionalidad es positiva.

Concluimos que el agua pura no es muy buena conductora, pero cuando disolvimos cloruro de sodio en ella, las moléculas de sal se dividen en 2 partes, ion de sodio con carga negativa porque le falta un electrón y un ion de cloro que se carga positivamente por un electrón sobrante, de tal forma que al haber electrolitos en la solución la corriente pasa con mayor facilidad de un electrodo a otro por el movimiento de cargas.

La conductividad eléctrica del agua a una determinada concentración de NaCl es la misma, pero al aumentar la temperatura la conductividad también cambia y que la relación entre el cambio en la conductividad en función de la temperatura se describe en término del coeficiente de temperatura

6. BIBLIOGRAFÍA http://www.quiminet.com/articulos/la-conductividad-electrica-en-medios-

liquidos-31422.htm http://ocw.uv.es/ciencias/1-1/teo_conductividad_nuevo.pdf http://arturobola.tripod.com/conducti.htm