DENSIDAD DE LIQUIDOS
I. INTRODUCCIONEl presente informe de física II se basa esta vez en líquidos no miscibles
ahora la pregunta que sugieren los estudiantes que significa no miscible,
bueno miscible significa que no puede mezclarse entendido esto si dos
líquidos o cuerpos no pueden mezclarse es porque aquí entra a tallar otro
termino de suma importancia que es la densidad.
Ahora que es densidad, se entiende por densidad a la relación que existe
entre la masa y el volumen de un cuerpo. Se dice que dos líquidos son no
miscibles cuando tienen diferentes densidades y esto es lógico para explicar
esto tomaremos como ejemplo el agua con el aceite.
Supongamos que tenemos un recipiente lleno de agua y a este le agregamos
un poco de aceite veremos la separación de estos líquidos .visaremos que el
aceite en la superficie esto ocurre porque el aceite es menos denso que el
agua es decir la densidad del aceite vale 0.92 kg/m3 y la del agua 1 kg/m3
concluimos que el cuerpo de mayor densidad siempre va al fondo.
En el presente trabajo se dispuso de una serie de materiales para su pronta
ejecución y demostrar que la teoría de líquidos no miscibles es verdadera
empleamos primero unos tubos en forma de u sobre el cual vaciaríamos los
líquidos y el soporte universal luego de a ver echo los cálculos respectivos
tomamos nota en la tabla según los requisitos establecidos por el docente.
A continuación se expondrá los procedimientos necesarios para poder cumplir
con los requisitos que demanda el presente informe
II. OBJETIVOS- Determinar la densidad de algunos líquidos
- Discutir, a partir de los resultados experimentales
- Identificar el principio básico que sustenta el instrumento y el método.
- Identificar las variables que afectan las mediciones a realizar, para
determinar la densidad.
III. PALABRAS CLAVES Densidad: es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en
un determinado volumen de una sustancia
Fluido: un tipo de medio continúo formado por alguna sustancia entre
cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad
definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que
aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la
forma "original"
IV. MARCO TEORICODENSIDAD
Aunque toda la materia posee masa y volumen, la
misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así
notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma
cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos
permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre
de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos
parecerá:
d = m/v
La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que
ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y
el volumen en metros cúbicos (m³) la densidad se medirá en kilogramos por metro
cúbico (kg/m³). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es
demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa
un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m³, la densidad será de: 1000 kg/m³
La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que,
de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para
evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro
cúbico (gr./c.c.).
Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas
y fáciles de usar.
Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.
Sustanci
a
Densidad
en kg/m³Densidad en g/c.c.
Agua
Aceite
Gasolina
Plomo
Acero
Mercurio
Madera
Aire
Butano
Dióxido de carbono
1000
920
680
11300
7800
13600
900
1,3
2,6
1,8
1
0,92
0,68
11,3
7,8
13,6
0,9
0,0013
0,026
0,018
La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará
sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y
el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que
el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se
hundirán en la gasolina, de densidad más baja.Densidad: la densidad es una
característica de cada sustancia. Nos vamos a referir a líquidos y sólidos
homogéneos. Su densidad, prácticamente, no cambia con la presión y la
temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas
magnitudes.
Cálculo de la densidad en los sólidos:
Para hallar la densidad, utilizaremos la relación:
d = Masa / Volumen
Lo primero que haremos será, determinar la masa del sólido en la balanza.
Para hallar el volumen:
Cuerpos regulares: Aplicaremos la fórmuLa que nos permite su cálculo. Si es
necesario conocer alguna de sus dimensiones las mediremos con el calibre, la
regla o el instrumento de medida adecuado.
Cuerpos irregulares: En un recipiente graduado echaremos agua y anotaremos
su nivel. Luego, sumergiremos totalmente el objeto y volveremos a anotar el
nuevo nivel, la diferencia de niveles será el volumen del sólido.
Definición de densidad absoluta:
La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la
masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el
kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3. La
densidad es una magnitud intensiva
Definición de gravedad específica:
Relación entre la densidad de una sustancia y la de otra, tomada como patrón,
generalmente para sólidos y líquidos se emplea el agua destilada y para gases,
el aire o el hidrógeno. También llamada peso específico.
La gravedad específica es una medida relativa de la densidad de un elemento y
dependerá de la concentración de masa por unidad de volumen de cada elemento.
Dicha concentración de masa estará afectada por la estructura tridimensional
molecular y número másico de los átomos.
Medición de densidad
La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención
indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y
posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con
una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del
objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un
líquido, entre otros métodos.
Entre los instrumentos más comunes para la medida de densidades tenemos:
El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido
El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y
gases picnómetro de gas.
La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.
La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida
precisa de la densidad de líquidos.
Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un
instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante
Variables que influyen en la densidad
Son el peso del objeto y el volumen que ocupa en el espacio, también llega a influir la
presión ambiental y la temperatura, debido a que estos dos últimos pueden llegar a
variar el volumen del objeto. Es muy fácil alterar la densidad de un gas, o incluso de
un líquido, simplemente aumentando la presión (reduciendo el volumen) a la que
estén sometidos, pero es complicado cambiar la densidad de un sólido.
Picnómetro
Es un frasco con un cierre sellado de vidrio que dispone de un tapón provisto de un
finísimo capilar, de tal manera que puede obtenerse un volumen con gran precisión.
Esto permite medir la densidad de un fluido, en referencia a la de un fluido de
densidad conocida como el agua o el mercurio.
Alcoholímetros
El alcoholímetro es un tipo especial de instrumento usado para determinar el nivel de
alcohol presente en un líquido o gas. Puede por tanto ser usado para medir el
porcentaje de alcohol en una bebida alcohólica o para determinar la presencia de
alcohol en la sangre o en un gas.
Ecuaciones a utilizar
PESO ESPECÍFICO
El peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.
Utilizando la letra griega (gamma) para denotar el peso específico,
En donde V es el volumen de una sustancia que tiene el peso W. Las unidades del
peso específico, son los Newton por metro cúbico (N/m3) en el SI y libras por pie
cúbico (lb/pie3) en el Sistema Británico de Unidades.
GRAVEDAD ESPECÍFICA
La gravedad especifica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la
densidad del agua a 4 °C, o, es el cociente del peso específico de una sustancia
entre el peso específico del agua a 4 °C.
Estas definiciones de la gravedad específica se pueden expresar de
manera matemática como:
En donde el subíndice s se refiere a la sustancia cuya gravedad especifica se está
determinando y el subíndice w se refiere al agua.
La definición matemática de gravedad específica se puede escribir como:
Esta definición es válida, independientemente de la temperatura a la que se
determina la gravedad específica.
Sin embargo, las propiedades de los fluidos varían con la temperatura. En general
cuando la densidad disminuye, aumenta la temperatura.
RELACION ENTRE DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO
Se encuentra muy a menudo que el peso específico de una sustancia cuando se
conoce su densidad y viceversa. La conversión de uno a otra se puede efectuar
mediante la siguiente ecuación
En la que g es la aceleración debida a la gravedad. La definición de peso específico
es:
Al multiplicar por g tanto el numerador como el denominador de esta ecuación
obtenemos:
Pero m = w / g por consiguiente tenemos:
Puesto que p = m / v, obtenemos:
V. MATERIALES
VI.
PROCEDIMIENTO
PROCEDIMIENTO 1
Colocar y sujetar la manguera en el
manómetro.
PROCEDIMIENTO 2
Echar una cierta cantidad de agua.
Verter 3 ml de aceite y tomar medidas
Repetir con 5 ml de aceite más.
Colocar y sujetar la manguera en el
manómetro.
VII. RESULTADOS
USANDO LA FORMULA
ρA=( hBhA
) ρB
Donde : pA = Densidad del líquido de la izquierda
Echar una cierta cantidad de agua.
Verter 3 ml de petróleo y tomar medidas
Repetir con 5 ml de petróleo más.
pB = Densidad del líquido de la derecha
Tabla Nº 01: Agua vs. Aceite
EXPERIMENT
O
hA(cm) hB(cm) pA
(kg/m3)
1 11 cm 10 cm 909.09
2 19.2 cm 17.5 cm 911.46
Tabla Nº 02: Agua vs. Petróleo
EXPERIMENTO
hA (cm) hB (cm) pA(kg/m3)
1 9.5 cm 8 cm 842.105
2 18.5 cm 15.8 cm 854.054
VIII. DISCUSIONES
1. Al realizar la experiencia en el laboratorio se pudo comprobar
que la densidad de los líquidos es una característica propia de
ellos y están dadas en base a una densidad relativa (agua).
Además encontramos que la presión y temperatura no la
afectan y que cuanto más pesado sean las sustancias se
ubicará en el fondo del recipiente, de lo cual podemos deducir
que el volumen es inversamente proporcional a la densidad.
2. Si se hubiera vertido el líquido no miscible antes que el agua,
hubiera ocurrido lo mismo, puesto que los líquidos adquieren
alturas distintas tales que la presión en ambos puntos de
cualquier isóbara se la misma.
3. Vemos que el valor de las densidades varia ligeramente en
ambos casos esto es debido a muchos factores uno de ellos la
presión, ya que cuando un fluido está contenido en un
recipiente, ejerce una fuerza sobre sus paredes. Si el fluido
está en equilibrio las fuerzas sobre las paredes son
perpendiculares a cada porción de superficie del recipiente, ya
que de no serlo existirían componentes paralelas que
provocarían el desplazamiento de la masa de fluido en contra
de la hipótesis de equilibrio. La orientación de la superficie
determina la dirección de la fuerza de presión, por lo que el
cociente de ambas, que es precisamente la presión, resulta
independiente de la dirección; se trata entonces de una
magnitud escalar.
4. Muchos factores afectan la prueba como la temperatura,
humedad de los instrumentos o el lugar donde se realiza la
prueba por lo tanto los pasos de la operación deben
ser uniforme.
5. El agua y el aceite no se unen porque no son miscibles. Pasa
que el aceite es un compuesto orgánico no polar y el agua si lo
es. Además el aceite es mucho menos denso, por lo tanto
tiende a flotar.
6. La densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o
la temperatura. Cuando aumenta la presión, la densidad de
cualquier material estable también aumenta.
IX. CONCLUSIONES
1. Se concluye que cuando aumenta la presión, la densidad de
cualquier material estable también aumenta.
2. Las densidades de los dos líquidos no miscibles están en
relación inversa a las alturas de sus columnas sobre la
superficie de separación en el tubo en forma de U.
3. Queda demostrado que los líquidos son no miscibles porque
tienen diferentes densidades.
4. El principio de Arquímedes nos dice que si el bloque está en
equilibrio, el peso del bloque debe ser igual al empuje
proporcionado por ambos líquidos. Este empuje se considera
para tomar las diferencias de alturas que surge al agregar
cierta cantidad de líquido.
5. Habitualmente, se desprecia la densidad del aire frente a la
del líquido cuando queremos comprobar el principio de
Arquímedes.
6. La presión en A es debida a la presión atmosférica más la
debida a la
Altura h2 de la columna de fluido cuya densidad queremos
determinar. La presión en B es debida a la presión
atmosférica más la debida a la
Altura h1 de la columna de agua cuya densidad conocemos.
7. Mediante nuestra práctica realizada, la cual nos da a conocer
las densidades de los líquidos analizados está dentro del
rango permitido lo cual ha sido comprobado con la teoría
dada.
8. Concluimos los líquidos no miscibles que el petróleo es
menos denso que el aceite y este es menos denso que el
agua
9. Gracias a la distinta densidad de los líquidos, los productos
extraídos se separan en niveles, quedando en la parte exterior
de la centrifugadora los más pesados como por ejemplo el
agua y, más hacia el centro, menos pesados como el aceite o
el petróleo.
10.Concluyo que el objetivo principal de la práctica era conocer lo
qué es la densidad, obtener las densidades del aceite agua y
petróleo, y los distintos métodos para determinarla.
X. CUESTIONARIO
1) Determinar la ecuación. Utilice la tabla 1
EXPERIMENTO hA(cm) hB(cm) pA (kg/m3)
1 11 cm 10 cm 909.09
2 19.2 cm 17.5 cm 911.46
Gráfica y ecuación
0 1 2907.5
908
908.5
909
909.5
910
910.5
911
911.5
912f(x) = NaN x + NaN
pA (kg/m3)Linear (pA (kg/m3))
2) ¿Explique por qué el método usado para líquidos no miscibles no se aplica
a líquidos miscible? ¿qué método aplicaría para calcular las densidades de
líquidos miscibles?
Los métodos usados son la filtración, evaporación, decantación, sublimación,
destilación y cristalización, en esos métodos hay combinación de líquidos, por
ejemplo El aceite y el agua no son miscibles, por lo que quedan en capas
separadas. Pueden agitarse en una mezcla de gotitas pero pronto se vuelven a
separar si dejan de moverse. En principio, el término se aplica también a otras fases
(los sólidos y los gases), pero el foco principal está en solubilidad de un líquido en
otro. Agua y etanol, por ejemplo, son miscibles puesto que se mezclan en todas las
proporciones.
-Es el picnómetro: es un instrumento de medición cuyo volumen es conocido y
permite conocer la densidad o peso específico de cualquier fluido ya sea líquido o
sólido mediante gravimetría a una determinada temperatura.
-Es el densímetro: es un instrumento de medición que sirve para determinar
la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes
su masa y volumen.
3) ¿La temperatura y presión afecta la densidad de un líquido y de un gas?
Explique
Si la temperatura se mantiene constante por la ley de Boyle se cumple que "el
volumen de una masa dada de gas es inversamente proporcional a la presión
ejercida sobre ella” esto significa que un aumento isotérmico de la presión
disminuirá proporcionalmente el volumen de una cierta cantidad de gas y
viceversa.
Ahora la densidad de cualquier gas es inversamente proporcional al volumen de
esa masa de gas, donde se deduce que la densidad de un gas aumenta; al
aumento isotérmico de la presión. (mayor presión , mayor densidad).
4) ¿Cómo determinaría la densidad de un gas?
Con la siguiente fórmula
Dónde:
M=Peso Molecular
ρ=MP/RT
P=Presión
T=Temperatura
R=0.082.atm/mol*Kº
Unidad de medida de la densidad g/lts
5) Un tubo en U sencillo contiene mercurio. Cuando se hecha 13.6 cm de agua
en la rama derecha, ¿Hasta qué altura sube el mercurio en la rama izquierda,
a partir de su nivel inicial?
Sea el líquido de color turquesa el agua, y el líquido de color verde el mercurio (Hg).
PH
=13.6 gr/cm3
PH2O=1 gr/cm3
h=13.6 cm
P1=P2
PH2O ghH2O= PH ghHg
(1 gr/cm3 )(13.6cm) = ( 13.6 gr/cm3) hHg
1cm=hHg
XI. BIBLIOGRAFIA1) http://www.monografias.com/trabajos91/informe-experimento-densidad/informe-
experimento-densidad.shtml#ixzz341t1DTTY
2) ALONSO MARCELO, FINN EDWARD J., Física Mecánica, Vol. 1, Fondo
Educativo Interamericano S.A., Bogotá D.E. 1979.
3) HALLIDAY DAVID, RESNICK ROBERT, Física Parte I, Cía Editorial Continental
S.A., México D.F. 1989.
4) MCKELVEY JOHN P., GROTCH HOWARD, Física para Ciencias e Ingeniería,
Vol. 1, 1ª. Ed. Editorial Harla S. A., México D.F. 1980.
5) SEARS FRANCIS W., ZEMANSKY MARK W., Física General, Editorial Aguilar,
Madrid España 1971.
6) SOLER P., NEGRO A., Física Práctica Básica, Alhambra 19798.
7) http://www.slideshare.net/sandra_rozoq/propiedades-de-los-fluidosdensidad
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