Variación de temperatura y tiempo

Temperatura y tiempo
Objetivo:
El objetivo es determinar la variación de temperatura con respecto al tiempo para lo cual tomamos como
muestra el agua.
Teoría:
La temperatura de un cuerpo es una magnitud proporcional a la energía media de la molécula que la
constituye.
La temperatura es independiente de la masa del cuerpo y solo depende de la velocidad de cada una de la masa
de sus moléculas.
La temperatura representa el nivel calórico de los cuerpos o de los sistemas.
Para determinar la temperatura de un cuerpo se utilizan las llamadas escalas termométricas conocidas como
escalas Celsius, farengei, o escalas Dandin tomamos siempre como referencias puntos fijos como los de
fusión y de ebullición. Estas escalas termométricas sean constituidas tomando de referencia el punto de hervir
el agua.
Sin embargo existen otras escalas termométricas o termómetros que se utilizan como métodos de preescisión
en los procesos industriales y mecánicos.
Los termómetros cumplen la finalidad de medir temperaturas de los cuerpos, con respecto a la propiedad que
tienen todos los cuerpos de hidratarse por un cambio de temperatura entre como ellos considerémosla temomil
de mercurio y los que utilizan alcohol.
Cada termómetro se encuentra graduado de acuerda las convergencias del fenómeno que se analizan o
teniendo el resultado cuando entre en contacto con el cuerpo que se experimenta.
Método:
Tomamos un trípode metálico sobre el cual esta colocada una fuente de energía eléctrica que elige calores
coloca en el mismo vaso de precipitación con una determinada cantidad de agua utilizando un soporte
independiente miramos el termómetro, el mismo que se coloca en el interior del vaso de precipitación para
medir la temperatura del agua contenido en el recipiente anos de las observaciones.
Se utiliza un reloj o un cronometro para controlar el tiempo.
Las observaciones que se realizan cuando entre en acciones la fuente energética es midiendo l temperatura
cada diez (10) minutos, teniendo la precaución de agitar constantemente el agua para que el calentamiento sea
uniforme con los datos obtenidos se hace un grafico de temperatura en función del tiempo
Temperatura tiempo descenso
Calor especifico de los sólidos:
Objetivo:
1
Determinar el calor específico de un cuerpo desconocido mediante el método de las mezclas.
Método:
Una muestra de sólido en la forma de gránulos finalmente divididos, se lo calienta en un receptáculo de metal
cerca del punto de ebullición del agua los gránulos calientas son puestos rápidamente dentro de un calorímetro
que contiene una masa conocida de agua fresca a partir de las masas conocidas y de la elevación de
temperaturas del agua y de la mezcla, se puede calcular el calor especifico del sólido.
Teoría:
La temperatura es una propiedad que tienen los cuerpos, parea determinar si están o no en equilibrio térmico
con otros. Los instrumentos diseñados para medir la temperatura se los conoce con el nombre de termómetros,
para elevar la temperatura de un cuerpo y a la elevación de la temperatura T
Q alfa m
Q alfa (t2 − t1)o delta T
Para convertir esta expresión en una ecuación introducimos el valor constante C
• Q = m * c . delta T
Esta constante c, es una constante de proporcionalidad y se la denomina CALOR ESPECIFICO y se define
como calor especifico de una sustancia a la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado centígrado
la temperatura de 1 gr. de dicha sustancia.
Puesto que el calor es una forma de energía, se podría expresar esta energía en el sistema de unidades
métricos, y también en el sistema de unidades británicos
Sistema métrico:
Calorías
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
gr. grados centígrados
Sistema británico:
BTU
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Lb. grados Fahrenheit
En el laboratorio, para determinar el calor especifico de una muestra sólida, se utiliza el método de las
mezclas , el cual consiste en el equilibrio y conservación de la energía, puesto que si se mezclan dos cuerpos
de distinta temperatura , se tendrá que el calor que cede un cuerpo es igual al calor que gana el otro cuerpo .
masa
agua
M1
calorímetro
M2
sustancia
M3
2
Calor especifico
Temperatura inicial
Temperatura final
c1
T1
Te
c2
T1
Te
c3
T3
Te
Q1+Q2+Q3 = 0
M1 (T e − T 1 ) + M2c2 (Te − T1) + M3c3 (Te − T3)=0
(M1C1 + M2C2) (Te − t1)
C 3 = −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
M3 ( T3 − Te )
Calculo del calor específico de un sólido:
Materiales
Calorímetro
Termómetro
Recipiente metálico
Mechero
1 m de alambre de cobre
20 cm de hilo de coser
Balanza o pie de rey
Agitador
Agua
Descripción y método operativo:
Determine la masa del alambre de cobre por medio de la balanza, o mediante la ecuación m =pV=p.l.A; como
el alambre es cilíndrico A=d* d /4; por consiguiente: m =(p/4)−*d*d *l
Prepare un rollo con el alambre, átele el hilo e introdúzcalo en el recipiente metálico (lata de leche
condensada) que contiene agua ebullendo
Él el vaso del calorímetro vierta 50 cm. cúbicos de agua a 36 grados centígrados, aproximadamente, y
determine la temperatura del sistema vaso−agua−termómetro
En estas condiciones introduzca el rollo de cobre en el vaso y determine la temperatura final del sistema
Calor especifico de un sólido
Determinación del equivalente en agua del calorímetro
3
Objetivo:
el objetivo de esta practica , es determinar el calor especifico de un sólido desconocido
Descripción:
Cuando dos o más cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto térmico se observa que, al
cabo de cierto tiempo, todos ellos tienen la misma temperatura
Uno de los métodos para determinar el calor específico de un cuerpo, es el método de las mezclas. Para ello
pondremos dos cuerpos A Y B en contacto térmico en el interior de un calorímetro aislado térmicamente del
medio exterior
Al no existir, o ser muy pequeño el intercambio de calor con el medio exterior a través de las paredes del
calorímetro, la cantidad de calor cedida por el cuerpo mas caliente será igual a la absorbida por el cuerpo de
menor temperatura.
La ecuación correspondiente será.
( 1) Q1 + Q2 =0 " Q1 = −Q2
En donde se han tenido en cuenta el signo de las cantidades de calor, positivas cuando son absorbidas y
negativas cuando son cedidas por un cuerpo.
Cuando se ponen en contacto térmico varios cuerpos y solo puede intercambiar calor entre ellos y no con el
medio exterior, la ecuación correspondiente seria:
(2) (i=1) Q1 = Q1 + Q2 +.+ Qn =0
Volviendo al caso de los dos cuerpos A y B, de masas MA y MB, de calores específicos CeA y CeB, y
temperaturas iniciales TiA y TiB, al mezclarse alcanzaran una temperatura final Tf común para ambos
cuerpos
Teniendo en cuenta que la cantidad de calor absorbida o cedida por un cuerpo viene dada por
(3) Q = M*Ce ( T final − T inicial )
La ecuación de coedición de equilibrio (1) se podrá expresar como
(4) MA * CeA (TA − TiA ) +MB * CeB *(TA − TiB)= 0
Una ecuación como esta nos sirve para determinar una incógnita por ello se podrá determinar el calor
especifico de un cuerpo desconocido , siempre que conozcamos los demás parámetros , pero si se tienen en
cuenta las cantidades de calor absorbidas por el propio calorímetro , el termómetro etc ......... tendremos que
introducir un concepto nuevo y tenerlo en cuenta en la formula anterior , y es el equivalente en agua del
calorímetro que es constante en todas la experiencias y se llama así ,porque sus efectos en las ecuaciones son
equivalentes a una masa de agua que tenga su misma capacidad calorífica ,es decir ,la masa de agua que
necesita el mismo numero de calorías que el calorímetro con todos sus accesorios para elevar primero su
temperatura .
Material:
4
Calorímetro, dos termómetros de cero grados a sesenta grados, vaso de precipitación un trípode, una rejilla,
un mechero.
Método operativo:
Determinación del equivalente en agua del calorímetro:
Se coloca en el calorímetro una masa m1, de agua a la temperatura que salga del grifo (aproximadamente una
tercera parte de la capacidad del calorímetro) pesamos esa masa y medimos su temperatura, para ello, como
habremos recogido el agua en el vaso de precipitación, habremos pesado dicho vaso primero vacío y luego
con el agua, y la diferencia será m1, siendo la temperatura de esa agua. Luego se coge otra cantidad, se
calienta a una temperatura mayor que que se medirá con otro termómetro y se calculara su masa m2 de
la misma forma que hemos calculado la m1 . a continuación se hecha el agua caliente en el calorímetro , y se
mezcla con el agua a la temperatura , agitando bien , para que la mezcla se haga homogénea y entonces el
termómetro del calorímetro empezara a subir hasta alcanzar una temperatura (temperatura de equilibrio de
la mezcla), en que comenzara a descender porque ya empieza a enfriarse por radiación del calorímetro .
Para calcular el equivalente en agua del calorímetro se realiza utilizando la siguiente formula:
−
K= m2 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ( − m1 )
−
Determinación del calor especifico de un líquido por el método de las mezclas:
Después de calculado el equivalente en agua , ya podremos calcular el calor especifico de un cuerpo problema
, para ello colocamos en el calorímetro una masa de agua m1 que venga a ocupar la tercera parte del
calorímetro y que calcularemos cuanto pesa , ala temperatura de salida del agua por el grifo , por otra parte
, calentaremos una masa de liquido problema m 2 hasta una temperatura y introduciremos el liquido
problema en el calorímetro , agitando la mezcla y esperaremos hasta que alcance la temperatura de equilibrio
.
Para calcular el calor específico aplicaremos la formula correspondiente, que es:
(m1+K)*( − )
Ce = −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
M2 ( − )
Nota :
Tanto en este caso Como en el anterior , cuando se calienta el agua o el liquido problema , hacerlo hasta unos
50 grados centígrados .
Determinación del calor especifico del plomo (p b)
Materiales:
Municiones de plomo (diámetro 2 Mm. y masa total 5200 g)
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Tubo de cartón o plástico
Termómetro de apreciación 0.5 grados centígrados
Embudo
Regla
Descripción y método operativo:
Abrir el tubo de cartón verter en su interior las municiones. Medir la distancia h de las municiones hasta la
tapa contraria del cilindro.
Medir la temperatura t de las municiones, introduciendo en ellas el tiempo suficiente como para alcanzar el
equilibrio térmico
Cerrar el cilindro y hacerlo rotar 100 veces 180 grados alrededor de un eje horizontal.
Medir la temperatura de las municiones introduciendo nuevamente en ellas al termómetro.
Anotar los resultados de las mediciones en una tabla. Calcular el calor específico del plomo utilizando la
expresión
C = NgH /.t
Donde:
N = el numero de vueltas que se da al tubo
t = la variación de la temperatura de las municiones
Después de 15 − 20 minutos repetir el experimento.
Comparar el calor específico del plomo obteniendo experimentalmente con el que se da en los manuales.
Deducir la expresión para la determinación del calor específico del plomo.
3
6
9
12
15
96
90
85
6
80
75
0
3
6
9
12
15
17.13
28.5
36
51
68
82
95
100
Cuerpo B
Cuerpo A
7