CALENTAMIENTO ENFIRAMIENTO DEL AGUA DOC

PRACTICA DE LABORATORIO
DE FISICA: ENFRIAMIENTO Y
CALENTAMIENTO
JORGE FERNÁNDEZ MALDONADO
MARCH 27, 2019
COLEGIO CEU MONTEPRINCIPE IB
FISICA
Índice
Índice ............................................................................................................................................. 2
Introducción: ................................................................................................................................. 3
Experimento: ................................................................................................................................. 3
Materiales: .................................................................................................................................... 3
Nuestro experimento: ................................................................................................................... 5
Tablas y gráficas: ........................................................................................................................... 5
1.
Calentamiento: .................................................................................................................. 5
2.
Enfriamiento:..................................................................................................................... 7
Interpretación de la gráfica de enfriamiento: ............................................................................... 9
Ley de enfriamiento de Newton: .................................................................................................. 9
Introducción:
En relación con el tema estudiado actualmente, ondas, desde el Departamento de Física se nos
planteó el proyecto de desarrollar un trabajo sobre las características del agua a partir de un
experimento simple de calentamiento-enfriamiento del agua. Este tenía que ser individual, y la
persona tenía que sacar el mayor número de conclusiones acertadas a partir de una gráficas y
tablas que todos sacamos del experimento. Sin embargo, no todo fue como hubiésemos
querido: el experimento tardaba mucho en calentarse, no podíamos calcular el calor medio
externo otorgado por la estufa, hubo varios errores, no se calentó el experimento suficiente
para que hubiese un cambio de estado (lo cual hubiera sido interesante...) etc…
Aun con todo esto, en este trabajo se ha intentado hacer un análisis personal de los resultados
acatados por las gráficas de la manera más correcta
Experimento:
Nuestro experimento es uno de los más elementales. Primero cogimos agua del grifo (en
nuestro caso 200ml), la pusimos en un vaso de precipitados, con un termómetro medimos las
temperaturas y con una estufa la calentamos. Con un contador fuimos viendo las variaciones
de temperatura cada 30 segundos
Materiales:

Agua: 200 ml
Densidad: 997,04 kg/m³
Punto de ebullición: 99,98 °C
Masa molar: 18,01528 g/mol
Fórmula: H2O
Punto de fusión: 0 °C

Vaso de precipitados

Termómetro:

Estufa de gas:

Cronometro:
Nuestro experimento:
No disponemos de fotos del experimento (error nuestro) pero si disponemos de fotos de las
mediciones:
Tablas y gráficas:
1. Calentamiento:
Tiempo (min)
Tiempo (s)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
TEMPERATURA (G)
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
25
25
26
26
27
28
29
29
30
30
31
32
32
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900
33
34
34
35
36
36
37
38
39
40
41
42
42
42
43
43
44
45
TEMP (G)/TIEMPO(S)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
2. Enfriamiento:
Tiempo (min)
Tiempo (s)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
15
15,5
16
16,5
17
17,5
18
18,5
19
19,5
20
20,5
21
21,5
22
22,5
23
23,5
Calor (G)
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720
750
780
810
840
870
900
930
960
990
1020
1050
1080
1110
1140
1170
1200
1230
1260
1290
1320
1350
1380
1410
45
45
45
45
45
45
45
45
44
44
44
43
43
43
43
43
42
42
42
42
42
41
41
41
41
41
41
41
41
40
40
40
40
40
40
39
39
39
39
39
39
38
38
38
38
38
38
38
24
24,5
25
25,5
26
26,5
27
27,5
28
28,5
29
29,5
30
30,5
31
31,5
32
32,5
33
1440
1470
1500
1530
1560
1590
1620
1650
1680
1710
1740
1770
1800
1830
1860
1890
1920
1950
1980
38
37
37
37
37
37
37
37
37
37
37
36
36
36
35
35
35
35
35
TEMPERATURA/TIEMPO (S)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Interpretación de la gráfica de enfriamiento:
La grafica de enfriamiento según mi opinión personal es la que ofrece más información. Al
haber enfriado el vaso mediante el equilibrio térmico de la temperatura ambiental (26,2
grados), se ve que se enfría más rápido cuando mayor es la temperatura del agua. Esto se ve
demostrado en la siguiente gráfica.
TEMPERATURA/TIEMPO (S)
50
45
40
35
30
25
y = 45,302e-1E-04x
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Esta grafica sigue claramente una tendencia exponencial, donde en temperaturas superiores
se enfría más rápido y en temperaturas menores se enfría menos rápido. Esta grafica tendería
hacia el valor 26,2 grados, pues este valor seria el equilibrio térmico perfecto entre el vaso y la
temperatura ambiente.
Ley de enfriamiento de Newton:
"La tasa de enfriamiento de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura entre el
cuerpo y sus alrededores"
Gracias a esto sabemos que la temperatura de un cuerpo decae exponencialmente conforme
el tiempo avanza:
Dicha ley se escribe como: dto. /de = k (T- Tamba)
Donde la derivada de la temperatura respecto al tiempo (dT/dt) representa la rapidez del
enfriamiento, T es la temperatura instantánea del cuerpo cuando está caliente, k una
constante que define el ritmo de enfriamiento y Tamb es la temperatura ambiente, que es la
temperatura que alcanza el cuerpo luego de determinado tiempo.
De esta ecuación sale la siguiente un poco más simplificada, para intervalos de poca
diferenciación entre la temperatura del objeto y el medio:
Con esta fórmula y sabiendo el gradiente de nuestra grafica de enfriamiento, podemos calcular
todas las temperaturas o tiempos que queremos y que no nos muestre la gráfica.
TEMPERATURA/TIEMPO (S)
50
45
40
35
30
25
y = 45,302e-1E-04x
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
El primer paso para poder utilizar esta fórmula con nuestra grafica correspondiente será
calcular r. Para ello utilizamos datos de la gráfica que ya sabemos como por ejemplo que en
2000 segundos la temperatura de la gráfica va a ser igual a 35 grados. Sabiendo esto y
sabiendo que la temperatura ambiental era 26 grados sustituimos en la formula y calculamos:
35= 26+18*e-r*2000
Resolvemos:
ln ½ = -r * 2000
-r = ln 0,5 / 2000
r = 3,45 * 10-4
Una vez resuelta nuestra constante r, podemos calcular todo lo que queramos
Por ejemplo: Calcular la temperatura de nuestro recipiente cuando haya pasado 6000
segundos:
T = 26 + 18,8 * e-3.46 *10^-4 * 6000
T= 28,35 grados
Lo cual tiene sentido pues si cada vez se enfría más lento esta puede ser una cifra muy
coherente
Conclusión:
Mediante esta práctica se ha demostrado que la ley de enfriamiento de Newton funciona a la
perfección y se da aun utilizando intervalos de tiempo muy cortos y aun habiendo hecho un
experimento aparentemente fácil.
Además, se ha aprendido sobre la forma de enfriarse de cualquier cuerpo cuando está en un
ambiente más frio y se ha aprendido sobre las gráficas exponenciales