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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA
DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
TERMODINÁMICA
GRUPO 17
PROFESOR GENARO MUÑOZ
HERNÁNDEZ
FUENTES MÁRQUEZ MARCO IVAN
PRACTICAS DEL SEMETRE
Practica #1
Densidad de sólidos y líquidos
Cuestionario Previo
1.-¿Cuáles son las unidades fundamentales del sistema internacional de
unidades?
El S.I. define 7 unidades básicas o fundamentales las cuales son descritas
por una definición operacional y son independientes desde el punto de vista
dimensional. Todas las demás unidades utilizadas para expresar magnitudes
físicas se pueden derivar de estas unidades básicas y se conocen como
unidades derivadas
2.- Mencione y explique cuáles son las características estáticas y dinámicas
de un sistema de medición
Estáticas:
Exactitud y precisión: en el campo de las mediciones estos dos conceptos
son completamente diferentes. Se dice que el valor de un parámetro es muy
preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho
valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor.
Linealidad: los instrumentos se diseñan de forma que tengan una respuesta
lo mas lineal posible, es decir que para un determinado incremento del
parámetro que estamos midiendo, el desplazamiento correspondiente del
indicador sea siempre el mismo independientemente de la posición de este.
Sensibilidad: Es la reacción entre la Respuesta del instrumento (número de
divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad que estamos midiendo.
Reducción: Es el menor incremento de la variable bajo medición que puede
ser detectado con certidumbre con dicho instrumento.
Gama y Escala: La gama de un instrumento se define como la diferencia
entre la indicación mayor y y la menor que puede ofrecer el instrumento. La
gama puede estar dividida en varias escalas o constar de una sola.
Dinámicas
Error dinámica: Se define como la diferencia entre la cantidad indicada en un
instante de tiempo dado y el verdadero valor del parámetro que esta
midiendo.
Tiempo de respuesta:
Es el tiempo transcurrido entre la aplicación de una función escalón y el
instante en que el instrumento indica un cierto porcentaje del valor final.
Tiempo nulo: Es el tiempo transcurrido desde que se produce el cambio
brusco a la entrada del instrumento hasta que alcanza el 5% del valor final.
Sobrealcance: En los instrumentos con aguja indicadora, la deflexión se
produce debido a que se aplica una fuerza en la parte móvil, dicha parte
tiene una masa por la que al aplicar fuerza se origina un momento que puede
llevar a la aguja más allá del valor correspondiente, la diferencia entre el
valor máximo y el valor final se denomina sobrealcance.
3.- Defina y explique que es una medición directa e indirecta
Directa: La medida o medición directa es cuando se obtiene con un
instrumento de medida que compara la variable a medir con un patrón. Así,
si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador;
comparando la longitud del objeto con la longitud del patrón marcado en el
calibrado, haciéndose la comparación distancia-distancia.
Medición indirecta
ES aquella en la que una magnitud buscada se estima midiendo una o más
magnitudes diferentes y se calcula la magnitud buscada mediante el cálculo
a partir de la magnitud o magnitudes directamente medidas.
4.- explique que es un error de una medición directa indicada
En la medición directa encontramos los errores sistemáticos relacionados
con la destreza del operador con esto encontramos el error de paraje, este
error tiene que ver con la postura que toma el operador para tomar la lectura
de medición. Y por otro lado tenemos los errores ambientales y físicos al
cambiar las condiciones climáticas, están afectan las propiedades físicas de
los instrumentos: dilatación, resistividad, conductividad, etc. En cuanto a la
medida indirecta encontramos el error de lectura mínima cuando la
expresión numérica de la medición resulta estar entre dos marcas de la
escala. El error de cero es el error propiamente de los instrumentos con el
medio ambiente. Error absoluto, se obtiene de la suma de los errores de
instrumento y el aleatorio.
5.- defina y explique el concepto de incertidumbre de un conjunto de
mediciones de una cantidad física
La incertidumbre de una medición es la duda que existe respecto al
resultado de dicha medición. Aunque se cree que muchas mediciones son
veraces, toda medición aun la más cuidadosa, tiene un margen de duda, por
lo tanto para cualquier medición necesitamos conocer el margen de error;
necesitamos dos números para cuantificar una incertidumbre, uno es el
ancho de este margen llamado intervalo, el otro es el nivel de confianza, el
cual establece que tan seguros estamos del valor verdadero dentro de este
margen.
5.-explique cómo se obtiene la mejor recta de un conjunto de datos
experimentales empleando el método de mínimos cuadrados.
Una recta que mejor se ajusta es una línea recta que es la mejor
aproximación del conjunto de datos dado, es usada para estudiar la
naturaleza de la relación entre dos variables, la forma mas precisa es
utilizando el método de mínimos cuadrados el cual es el siguiente.
1) Calcule la medida de los valores de “x” y los valores de “y”
2) Relaize la suma de los cuadrados de los valores de “x”
3) Realice la suma de cada valor de “x” multiplicando por su valor
correspondiente “y”
4) Calcule la pendiente de la Recta usando la formula
M=
∑ 𝒙𝒚−
∑ 𝒙∗∑ 𝒚
𝒏
∑ 𝑥
2
−
∑ 𝑥
2
𝑛
n es el numero total de puntos dados
5) Calcule la intersección en y de la recta usando la formula
B=y-mx donde x,y son medidas de las coordenadas de x,y de los
puntos
6) Use la pendiente y la intercepción en y para formar la ecuación de la
recta.
7.- Defina matemáticamente la densidad y explique el concepto físico
La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en
un determinado volumen de una sustancia, la densidad medida es la
razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa
D=
𝒎
𝑽
Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso
gases es la medida del grado de compactación de un material. La densidad
es una medida de cuanta materia se encuentra comprimida en un espacio
determinado es la cantidad de masa por unidad de volumen.
8.- defina matemáticamente el peso específico y explique el concepto físico
V=D/v=mg/v
Se denomina peso específico al consiente entre su peso y el peso de un
volumen equivalente siendo un valor adimensional es una propiedad
intrínseca y constante
9.- defina matemáticamente el volumen específico y explique el concepto
físico
el volumen específico de una sustancia es la relación del volumen de la
sustancia a su masa. Es el recíproco de la densidad y es una propiedad
intrínseca de la materia:
Volumen específico de un gas ideal también es igual a la constante de gas
multiplicado por la temperatura y, a continuación dividida por la presión.
10.-Investigue las principales densidades de sólidos, líquidos y gases.
Sustancia
Densidad media
(en kg/m3) y CNPT
Brillantina 981
Aceite 920
Acero 7850
Agua destilada a 4 °C 1000
Agua de mar 1027
Aire 1,2
Aerogel 1-2
Alcohol 780
Magnesio 1740
Aluminio 2700
Asfalto 2300
Carbono 2260
Sustancia
Densidad media
(en kg/m3) y CNPT
Caucho 950
Cobre 8960
Cuerpo humano 950
Diamante 3520
Gasolina 680
Helio 0,18
Hielo 917
Hierro 7874
Hormigón armado 2400-2500
Madera 600 - 900
Mercurio 13580
Oro 19300
Sustancia
Densidad media
(en kg/m3) y CNPT
Wolframio 19250
Uranio 19050
Tántalo 16650
Torio 11724
Estaño 7310
Piedra pómez 700
Plata 10490
Osmio 22610
Iridio 22560
Platino 21450
Plomo 11340
Poliuretano 40
Sustancia
Densidad media
(en kg/m3) y CNPT
Sangre 1060 - 1088
Tierra (planeta) 5515
Vidrio 2500
-
PRÁCTICA 1
“DENSIDAD DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS”
OBJETIVOS.
 Obtener el mejor valor de la densidad del Mercurio y el Aluminio.
 Calcular los respectivos porcentajes del error de exactitud y de precisión.
 Obtener el porcentaje de incertidumbre de la densidad que sea factible.
BASE TEÓRICA Y/O ANTECEDENTES.
Densidad: La densidad es una medida utilizada para determinar la cantidad de
masa contenida en un determinado volumen. La ciencia establece dos tipos de
densidades. La densidad absoluta o real que mide la masa por unidad de volumen
y la densidad relativa o gravedad específica que compara la densidad de una
sustancia con la del agua. La densidad absoluta 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).
 
m
V
Puedes medir fácilmente la masa de un sólido o líquido mediante una balanza, y
encontrar el volumen de un líquido con un cilindro graduado.
Principio de Arquímedes: Este principio establece que todo cuerpo sumergido
total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba,
llamada empuje, cuyo valor es igual al peso del fluido desalojado y cuya línea de
acción pasa por el centro de gravedad del fluido desalojado.
Así, si un cuerpo de volumen V se encuentra totalmente sumergido en un líquido
de densidad , el empuje que experimenta el cuerpo es
E gV
Al medir, siempre existirá algún porcentaje de error, es por eso que se necesita
tener la mayor exactitud y/o precisión para tener el menor error posible.
Exactitud y Precisión: Estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de
las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. Se dice que el
valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra
parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al
verdadero valor.
El porcentaje de error: en los laboratorios se utiliza para medir la precisión y
exactitud de los valores obtenidos durante un experimento. Se calcula con la
fórmula: porcentaje de error igual al valor teórico menos el valor experimental
dividido entre en valor teórico multiplicado por 100. Al obtener los resultados
siempre se tiene una incertidumbre respecto al valor obtenido.
Incertidumbre: Es la cuantificación de la duda que se tiene sobre el resultado de
una medición. Cuando sea posible, se trata de corregir los errores conocidos por
ejemplo, aplicando las correcciones indicadas en los certificados de calibración.
Pero cualquier error del cual no se conozca su valor, es una fuente de
incertidumbre. La incertidumbre de una medición es la duda que existe respecto al
resultado de dicha medición.
MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).
 2 balanza de triple brazo (2610g)
 1 vaso de precipitados de 100mL
 1 vaso de precipitados de 400mL
 2 pinzas de sujeción de tres dedos
 20 cm3 de mercurio
 1 bureta de 50mL
 1 soporte universal
 1 jeringa (sin aguja)
 1 cilindro de aluminio
 1 calibrador Vernier de metal.
DESARROLLO.
 ACTIVIDAD 1.- “Características estáticas de un instrumento de
medición”.
En esta actividad analizamos las características estáticas de los instrumentos de
medición que utilizamos en esta práctica. Posteriormente tomamos nota de los
mismo con los cuales llenamos la tabla 1 (Ver tabla en la sección de resultados)
 ACTIVIDAD 2.- “Densidad de un líquido (mercurio)”.
En esta actividad como primer paso colocamos la balanza sobre una superficie
nivelada con el objetivo de ajustarla a cero.
Posteriormente colocamos sobre ella el vaso de precipitados de 400ml para
registrar su masa y nos dispusimos a colocar el sistema por medio del cual el
soporte quedara atrás de la balanza a una distancia de aproximadamente 15cm,
además colocamos la bureta de forma vertical dentro del vaso de precipitados que
colocamos previamente en la balanza a una distancia no mayor a 5cm. Una vez
que la bureta estaba lista la ajustamos con las pinzas a la base y soporte
verificando que estas no interfirieran con las tomas de lectura de la misma.
Una vez que colocamos el sistema correctamente y con ayuda de la jeringa
proseguimos a succionar la mayor cantidad de mercurio dentro de esta para
posteriormente verterla en la bureta tomando lecturas de la cantidad de mercurio
que se almaceno en la bureta. Una vez que vertimos un aproximado de 20 cm3 de
mercurio abrimos con cuidado la válvula de la bureta para dejar caer al vaso de
precipitados pequeñas cantidades de 2ml de mercurio aproximadamente,
registramos los datos obtenidos tanto en la balanza como en la bureta y así
sucesivamente repetimos el paso 5 veces tomando todos los datos y llenamos la
tabla 2. (Ver tablas de datos en la sección de resultados)
Con los datos que obtuvimos realizamos la gráfica de masa contra volumen y
aplicando el método de mínimos cuadrados nos fue posible interpretar los
términos obtenidos en la recta de la gráfica mencionada anteriormente. (Ver
gráfica en sección de resultados)
 ACTIVIDAD 3.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y
precisión de las mediciones hechas para obtener la densidad del
mercurio”
Con los datos obtenidos de la actividad anterior nos fue posible calcular los
porcentajes requeridos en esta actividad. (Ver en la sección de resultados)
 ACTIVIDAD 4.- “Del modelo matemático obtenido en la actividad
anterior, determine densidad, volumen específico, densidad relativa,
modulo del peso y modulo del peso específico de la sustancia”
Una vez realizados los cálculos para obtener los valores requeridos en esta
actividad llenamos la tabla 3 expresando las cantidades en el sistema
internacional de unidades.
 ACTIVIDAD 5.- “Obtener la densidad de un sólido (aluminio) a partir de
la definición de su modelo matemático”
Como primer paso en esta actividad colocamos la segunda balanza sobre una
superficie nivelada para lograr ajustarla a cero. Posteriormente colocamos el
cilindro de aluminio sobre la balanza para registrar su masa, una vez pesado y con
ayuda del vernier tomamos registro de sus medidas interiores y exteriores (altura y
diámetro). Con los resultados obtenidos llenamos la tabla 4. (Ver tabla en la
sección de resultados)
 ACTIVIDAD 6.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y
precisión de las mediciones hechas para obtener la densidad del
aluminio y el porcentaje de incertidumbre del aluminio”
Con los resultados que registramos en la tabla nos fue posible buscar los
porcentajes de error requeridos en esta actividad. (Ver en sección de resultados)
RESULTADOS.
ACTIVIDAD 1.- “Características estáticas de un instrumento de medición”.
TABLA 1.
INSTRUMENTO RANGO RESOLUCION LEGIBILIDAD
Bureta 0-2610g 0.1g Buena
Balanza de T.B 0-50ml 0.1ml Buena
Vaso de P. 0-400ml 50ml Buena
Vaso de P. 0-100ml 20ml Buena
Vernier 0-19cm 0.01mm Regular
ACTIVIDAD 2.- “Densidad de un líquido (mercurio)”.
TABLA 2.
Lectura Volumen (m^3) Masa (kg)
1 0.0000022 0.029
2 0.000004 0.0535
3 0.000006 0.0805
4 0.000008 0.1075
5 0.00001 0.1363
6 0.000012 0.162
7 0.000014 0.1885
CALCULOS POR EL METODO DE MÍNIMOS CUADRADOS.
Aplicando el método de mínimos cuadrados para su interpretación lineal de los
resultados con las ecuaciones del método establecido:
Se tiene que el modelo matemático de la densidad del mercurio es:
y = mx + b
m = M (v) +m0
M la masa,
V el volumen obtenido en el laboratorio y
m0 el primer valor de la masa
M es la pendiente a la recta, y en este resultado es la densidad del mercurio.
M= 13561.1 m0= -0.000690741 por lo que el modelo matemático es:
m = 13561.1 (v) + (-0.000690741) [kg]
GRÁFICA.
Densidad del mercurio M= 13561.1 (KG/m^3)
Promedio de masas = 0.1080 (kg)
Promedio de volúmenes = 0.000008028571 (m^3)
Densidad del mercurio promedio = 13451.958 (kg/m^3)
ACTIVIDAD 3.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y precisión de
las mediciones hechas para obtener la densidad del mercurio”
 Porcentaje de error de exactitud: |
𝑽𝑻−𝑽𝑬
𝑽𝑻
| 𝑿 𝟏𝟎
%EE=|
13600−13561.1
13600
| X 100 = 0.28%
 Para sacar la exactitud:
%E=100-%EE
%E=100-0.28= 99.72%
 Porcentaje de error de precisión:
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 −𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠𝑎𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜𝑑𝑒𝑙𝑎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜
X 100
%EP=|
13561.1−13630
13561 .1
| 𝑋 100 = 0.50%
 Para sacar la precisión:
%P=100-%EP
%P=100-0.086= 99.5%
 Porcentaje de incertidumbre:
E=ValorMedido-ValorReal
13561.1-13600= -38.9
ACTIVIDAD 4.- “Del modelo matemático obtenido en la actividad anterior,
determine densidad, volumen específico, densidad relativa, modulo del peso
y modulo del peso específico de la sustancia”
TABLA 3.
Densidad d= 13561.1 (kg/m^3)
Densidad
Relativa
δ= 13.5611 (1)
Volumen
específico
v= 7.374e-5 (m^3/kg)
Peso W= 1.84353 (N)
Peso específico = 132627.55 (N/m^3)
ACTIVIDAD 5.- “Obtener la densidad de un sólido (aluminio) a partir de la
definición de su modelo matemático”
TABLA 4.
LECT. DIAM.
EXT. (m)
DIAM.
INT. (m)
ALTURA
(m)
MASA
(kg)
VOL. (m3) DENSIDAD
(kg/m3)
1 0.038 0.0035 0.019 0.058 2.13x10^-5 2723.004
2 0.038 0.004 0.019 0.0579 2.12x10^-5 2718.309
3 0.038 0.004 0.019 0.0579 2.12x10^-5 2718.309
4 0.038 0.0035 0.019 0.0579 2.13x10^-5 2723.004
PROM. 0.038 0.00375 0.019 0.0579 2.13X10^-5 2720.6565
Densidad del aluminio= 2700
ACTIVIDAD 6.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y precisión de
las mediciones hechas para obtener la densidad del aluminio y el porcentaje
de incertidumbre del aluminio”
 Porcentaje de error de exactitud: |
𝑉𝑇−𝑉𝐸
𝑉𝑇
| 𝑋 100
%EE=|
2700 −2720.6565
2700
| X 100 = 0.76%
 Para sacar la exactitud:
%E=100-%EE
%E=100-0.76= 99.24%
 Porcentaje de error de precisión:
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 −𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠𝑎𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜𝑑𝑒𝑙𝑎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜
X 100
%EP=|
2720 .6565−2718 .309
2720 .6565
| 𝑋 100 = 0.086%
 Para sacar la precisión:
%P=100-%EP
%P=100-0.086= 99.914%
 Porcentaje de incertidumbre:
E=ValorMedido-ValorReal
2720.6565-2700= 20.6565
ANALISIS DE RESULTADOS.
Respecto al aluminio: Con base a la tabla y al experimento en el cual se
obtuvieron varias lecturas para calcular la densidad, se obtuvo un valor muy
cercano, excediéndose en 20.6565 al valor real de la densidad que es 2700 kg/m3,
por lo que las mediciones fueron hechas correctamente. Sin embargo debido a los
errores en los instrumentos (balanza y vernier), principalmente al momento de
calibrar la balanza y en el momento de observar y tomar los datos de cada una de
las lecturas, es decir, errores humanos, es por eso que se obtuvo un valor
promedio de todas las lecturas de 2720.6565. Obteniendo un error de precisión y
exactitud de 0.086 y 0.76 respectivamente.
Calculando el margen de precisión y exactitud respecto el 100% como base
estuvimos en el rango de 99.914% y 99.24% por lo que no estuvimos tan alejados
del valor real de la densidad.
Los valores que se mantuvieron constantes son diámetro exterior y altura, para el
diámetro interior variaron los valores de 0.0035 a 0.004 estando dentro de este
rango los demás valores debido al orificio que estaba dentro del cilindro de
aluminio que no estaba completamente circular.
En el caso de la masa los valores variaron de 0.0579 a 0.058 kilogramos
respectivamente, para lo cual pudimos calcular los valores de volumen y densidad
que de igual forma no variaron mucho, es decir, de 2.12x10-5 a 2.13x10-5 m3 en
volumen y de 2718.309 a 2723.004 kg/m3 en densidad. Obteniendo así los valores
promedio de cada uno de los rubros que necesitábamos para calcular el volumen
y densidad.
Respecto al mercurio:
En este experimento en el cual se obtuvieron varias lecturas para obtener la
densidad del mercurio, se obtuvo un valor muy parecido al valor real de la
densidad del mercurio, obteniéndose un valor de 13561.1 (kg/m^3) sobre el valor
de 13600 (kg/m^3), por lo que creemos que las mediciones las hicimos de manera
adecuada y casi sin errores ya que es menos del 1% de error de precisión. Pero
principalmente los errores se encuentran en nuestros instrumentos de medición
como lo son la balanza, la bureta y el vaso de precipitados, los cuales son un poco
difíciles de maniobrar principalmente al momento de calibrar la balanza y en el
momento de observar y tomar los datos de cada una de las lecturas, es decir,
errores humanos, por los que se obtuvieron un error de precisión y exactitud de
0.28 y 0.50 respectivamente.
Calculando el margen de precisión y exactitud respecto el 100% como base
estuvimos en el rango de 99.72% y 99.50% por lo que no estuvimos tan alejados
del valor real de la densidad del mercurio.
En los valores de las mediciones del volumen es muy impreciso usar una bureta,
por lo que el primer valor fue de 2.2 ml en lugar de 2.0, y por consiguiente el
segundo valor neto del volumen en la segunda medición tuvo que ser de 1.8 ml
para poder promediar los valores a 2 ml por lectura.
Pero al final de todos los valores no afecto este error de uso de la bureta en los
resultados, concluyendo así el valor muy cercano al real obtenido.
CONCLUSIÓN
La densidad es una propiedad que tenemos presente en cada aspecto de la vida
desde el aceite de los autos, hasta la densidad de un barco para asegurar que
flote es por ello que es un tema de suma importancia, en esta ocasión los
objetivos se cumplieron totalmente ya que gracias a lo antes realizado logramos
medir satisfactoriamente la densidad de dos sólidos para después compararlo con
los datos teóricos que tenemos en los libros dándoles un significado de porque se
comportan así y que cambios pueden tener a su vez, fue importante saber qué
tipos de error se pueden generar en una medición para tratarlos de reducir y esto
siempre va a fallar como nos acaba de suceder pero fue una muy buena
aproximación por lo que estamos satisfechos con los resultados. Y no solo dar por
sentado que esa es la densidad del metal en este caso si no saber de dónde viene
y como se comparta para cada elemento, por ello podemos concluir que la
práctica se cumplió todo el aprendizaje esperado.
Practica 2 cuestionario Previo
1.-Defina presión, presión absoluta y presión relativa
La presión se define como fuerza por unidad de área. Para describir la
influencia sobre el comportamiento de un fluido, usualmente es más
conveniente usar la presión que la fuerza. La unidad estándar de presión es
el Pascal.
Presión manométrica: indica la diferencia entre la presión de un punto
determinado del flujo y la presión atmosférica, esta presión se aplica
cuandola presión es superior a la atmosférica.
Presión absoluta: presión de un fluido medido con referencia al vacío
perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no
existe choque entre las moléculas.
Presión relativa: esta se mide en relación a la presión atmosférica, su valor
cero corresponde al valor de la presión absoluta. Esta mide entonces la
diferencia existente entre la presión atmosférica determinado y lugar y la
presión absoluta.
Presión vacuometrica: se mide por debajo de la presión atmosférica porque
se le conoce como presión de vacío.
2.- ¿Qué es la presión atmosférica y como se mide?
Es atmosfera es una capa de aire construida por el 20% de oxígeno, 79% de
nitrógeno y el 1% de otros gases poco comunes. Debido a su peso ejerce
una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con el, por lo
que se llama presión atmosférica la presión atmosférica varia con la altura,
por lo que a nivel dl mar tiene su máximo valor a presión normal, equivalente
a 760 mm de hg en el DF el valor de la presión es de 586 mm de Hg. La
presión atmosférica no puede calcularse fácilmente pero si con la ayuda de
un barómetro. Toricelli fue el primero en construir un barómetro en el año de
1642.
3.- ¿qué es una propiedad extensiva y que es una propiedad intensiva? ¿En
dondeubicas a la densidad, densidad relativa, presión, presión atmosférica,
volumen y volumen específico dentro de estas propiedades? Justifique sus
respuestas
Propiedades extensivas? Son las que dependen de la cantidad de sustancia
del sistema, por tanto depende del “tapromaño” del sistema tiene la
propiedad de ser aditiva en el sentido de que si se divide el sistema en dos
partes el valor de la magnitud extensiva para el sistema completo es la suma
de los valores de dicha magnitud para cada una de las partes.
En general el cociente entre dos magnitudes extensivas nos da una
magnitud intensiva. Ejemplo masa y volumen nos da densidad.
Propiedad intensiva: Son aquellas que no dependen de la cantidad de
sustancia o de tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece
inalterable al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este
Presión motivo no son propiedades aditivas.
Ejemplos de estas propiedades: temperatura, presión, velocidad, volumen
especifico, punto de ebullición, punto de fusión, densidad.
Densidad: es intensiva ya que depende de dos intensivas
Densidad relativa: intensiva
Presión: propiedad intensiva
Presión atmosférica intensiva
Volumen: propiedad extensiva
Volumen específico: propiedad intensiva: (
4.- mencione las unidades en que puede expresarse la presión ( al menos 5
unidades distintas)
GigaPascal 104 Pa
Megapascal 106 pa
Kilopascal 103 Pa
Pascal N/m2
Sistema centegesimal baria
Sistema técnico gravitatorio
Kiligramo fuerza por centímetro cuadrado Kgf/cm2
Sistrma ingles libra fuerza sobre pulgada cuadrada lbf/in2
Ksi =100 psi
Atmosfera 101325 pa =1013.25 mb =760 mm Hg
5.-¿Que es un fluido? ¿Mencione al menos 10 de sus propiedades?
Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna
sustancia entre cuyas moléculas solo hay una fuerza de atracción débil. La
propiedad definitoria es que los fluido pueden cambiar de forma sin que
aparezcan en sin ser restrictorias tienden a recuperar la forma original
Propiedades primarias o termodinámicas:
Presión, energía interna, calor especifico, densidad, entalpia, viscosidad,
temperatura, entropía, peso y volumen especifico.
Propiedades secundarias:
CAracteristicas en el comportamiento especifico de los fluidos
Viscosidad, conductividad térmica, tensión superficial, compresibilidad,
capilaridad.
6.-Mencione 5 instrumentos para medir la presión y explique brevemente su
funcionamiento:
Barómetro:intrumento que mide la presión atmosférica, la cual es el peso
por unidad de superficie ejercida por la atmosfera, uno de los barómetros
mas conocidos es el de mercurio
Manometro: mide la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados,
se distinguen dos tipos de manometros según se emplean para medir la
presión de liquidos o de gases.
Tubo de pitot se utiliza para calcular la presión total o de estancamiento,
presión remanente (suma de la presión estaica y presión dinámica). Mide la
velocidad en un punto dado de la corriente.
Tubo de bourdon: tubo de sección eliptica que forma un anillo casi
completo, la presión tiende a enderezarlo y su movimiento se transmite a la
aguja por medio de un sector dentado y un piñon, siguiendo una ley
determinada empíricamente, la aguja indicadora con un dia indica el valor de
la presión.
Neumáticos como elementos neumáticos los instrumentos neumáticos cuya
variable de medida es la presión adecuada al campo de medida
correspondiente.
7.- de el valor de la presión atmosférica en las siguientes unidados, plaay
des becas tabaxco y distrito fereral experimente su resultdo en mm de
mercudio y pascales
Playa dos becas 760 mm de hg
Tabasco no especifica zona
Distrito federal 580m mm de hg 77.372 77327p
8.- La pregunta numero 8 era una rerecion lineal por lo que no la realizese
mehace a vecer repetitvo de que estar haciendo siempre eso o las han de
rotar mas o menos seguido
9 Escriba la ecuación que describe la variación de l precion para un fluido
que se encuentra estatico y expliquecada uno de sis trminos
PFE= pgh
P=densidad
G gravedad en la ubicación experimental
H altura del fluido en el experimento
10) describa la ecuación que relaciona a la presión absoluta on la presión
ambiente y con la presión relativa
La presión se mide como la suma de la presión atmosférica mas la presión
manométrica (lectura tomada con el manómetro)
PRÁCTICA 2 “PRESIÓN”
OBJETIVOS:
1. El instructor del laboratorio desarrollara los conceptos de presión
absoluta y presión relativa empleando el equipo e instrumental
propuesto.
2. Los alumnos del grupo, con la orientación del instrumento
propondrán el protocolo de la sesión experimental, desarrollar
empíricamente el modelo matemático, ecuación del gradiente de
presión gravitacional en estáticos.
3. El instructor de laboratorio desarrollará el concepto de presión
atmosférica, empleando el equipo e instrumental propuesto para
reproducir el experimento de Torricelli dando a los alumnos
indicadores y técnicas para su realización.
4. Los alumnos de cada equipo de trabajo obtendrán el mejor valor
de la presión atmosférica calculando los porcentajes de error de
exactitud y precisiónde las mediciones hechas, como la incertidumbre
en presión que sea factible.
Material:
• 2 soportes universales
• 2 pinzas de sujeción de 3 dedos
• 2 jeringas de vidrio
• 3 masas de diferente granaje
• Hilo para sujeción de émbolo
• 2 unidades de manguera de látex de 1/2m
• 2 manómetros en U
• Anticongelante
DESARROLLO:
Colocar los pesos en las jeringas.
Sumergir la campana de vidrio que está conectada al manómetro en U
en agua a diferentes profundidades cada 0.5cm en un rango de 0 a
5cm, con el fin de obtener la relación de la presión que indica el
manómetro con la profundidad.
Sumergir la campana de vidrio en agua, anticongelante y mercurio a
una profundidad de 0.5cm para obtener la relación de presión a una
profundidad de 0.5cm para obtener la relación de presión.
RESULTADOS.
Sabiendo que:
Prel(man)= ρgΔl Patm= (13600)(9.78)(0.565)=75149.52Pa
Pabs= Patm+Prel
Si:
g=9.81 m/s²
ρ(anticongelante)=1190 kg/m³
ρ(agua)= 1000 kg/m³
ρ(Hg)= 13600 kg/m³
TABLA 1 (Anticongelante).
TABLA 2 (Agua).
EVETO h (m) Δl (m) Prel (Pa) Pabs (Pa)
1 0.00 0.00 0.00 75149.52
2 0.01 0.013 127.53 75277.05
3 0.02 0.020 196.20 75345.72
4 0.03 0.027 264.87 75414.39
5 0.04 0.039 382.59 75532.11
75100
75200
75300
75400
75500
75600
75700
75800
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
p(Pa)
h(m)
EVENTO h (m) Δl (m) Prel (Pa) Pabs (Pa)
1 0.00 0.00 0.00 75149.52
2 0.01 0.010 116.7390 75266.259
3 0.02 0.013 151.7607 75301.280
4 0.03 0.019 221.8000 75371.320
5 0.04 0.032 373.5648 75522.884
6 0.05 0.040 466.9560 75616.476
7 0.06 0.053 618.7167 75768.236
TABLA 3 (Mercurio).
EVENTO h (m) Δl (m) Prel (Pa) Pabs (Pa)
1 0.00 0.00 0.00 75149.52
2 0.01 0.0520 6937.63200 82087.15200
3 0.02 0.2147 28644.4152 103793.9352
4 0.03 0.3470 46295.3200 121444.8400
75100
75150
75200
75250
75300
75350
75400
75450
75500
75550
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045
p(Pa)
h(m)
EXPERIMENTO DE TORRICELLI.
Sabiendo que:
Patm= ρHGgh
Si:
ρHg= 13600 kg/m³
g=9.81 m/s²
h(experimental)= 0.585 m
Sustituyendo en la ecuación:
Patm= (13600)(9.81)(0.585)
Patm= 78048.36Pa
Porcentaje de error:
|
𝑽𝑻−𝑽𝑬
𝑽𝑻
| 𝑿 𝟏𝟎𝟎
%EE=|
75149.52 −78048 .36
75149.52
| X 100 = 3.85%
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035
p(Pa)
h(m)
EVENTO h(m) Patm (cmHg) Patm (Pa) %ERROR
1 0.585 58.54 78048.36 3.85
Conclusión: Es súper importante poder identificar alguna sustancia o solido
por su densidad tenemos, la bondad de que no cambia con la cantidad de
masa que tiene dentro el sistema; la practica cumplió su objetivo y os
enseño a utilizar la ecuación de gradiente de presión y en lo personal no da
la posibilidad de utilizar en la resolución de problemas con un método
establecido con los conocimientos ya antes dados en la teoría es por ello
que fue muy buena la practica e interesante.
Previo practica #3
1.- Explique la ley cero de la termodinámica
Establece que si un cuerpo a se encuentra a la misma temperatura que el
cuerpo b y ese tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo c entonces
el cuerpo a, el b y el c están en equilibrio térmico. Es decir los cuerpos a, b y
c tendrán igual temperatura.
2.- ¿que es la temperatura desde el punto de vista de la termodinámica
clásica? Es una medida utilizada por la física y la química que expresa el
grado de calor de un cuerpo o del ambiente. La temperatura de un sistema
es una propiedad termodinámica y como tal su valor puede medirse.
3.- Explique si la temperatura es una propiedad intensiva o extensiva?
Es una propiedad intensiva ya que no depende de la materia
4.-¿Que es una propiedad termométrica?
Cualquier propiedad física que varía con la temperatura (presión de un gas,
longitud de una varilla de metal)
5.-Defina el principio de equilibrio térmico
Si dos o ms cuerpos se encuentran a diferente temperatura y son puestos en
contacto pasado cierto tiempo alcanzaran la misma temperatura por lo que
estarán térmicamente equilibrados.
6.-¿Qué es el cero absoluto de la temperatura?
Es la temperatura más baja posible. Teóricamente las partículas
subatómicas perderían toda su energía, por lo que los electrones y protones
se unirían en una “sopa cuántica”, esta temperatura es de -273.15° C o 0° K
7.- Explique cuáles son las escalas de temperatura absolutas y porque se
llaman así
Es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que
comienza en el cero absoluta
8 incluye cuales son las escalas de temperatura empíricas y porque se
llaman así
Para establecerla se debe tener
Un cuerpo termométrico, un punto de partida y una unidad (magnitud)
9.- Defina calor e indique sus unidades en el SIU
Transferencia de energía que se da entre diferentes cuerpos o diferentes
zonas de un mismo cuerpo que se encuentra a distintas temperaturas, su
unidad es el joule,
1 caloria=4.18 j
10 Porque no conviene hablar de la cantidad de calor obtenido en un cuerpo
Porque el calor es una energía en tránsito que aparece producto de una
diferencia de temperaturas entre los sistemas, un cuerpo no almacena calor
pue esta energía aparece recién cuando hay dos o ms sistemas a distintas
temperaturas.
PRÁCTICA 3
“TEMPERATURA”
OBJETIVOS.
 Comprender el fundamento termodinámico de la medición de la
temperatura.
 Construir la curva de calentamiento del agua.
 Obtener mediciones de temperatura con tres termómetros distintos y para
cada uno determinar:
 Rapidez de respuesta
 Facilidad de lectura
 Rango.
BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES.
Temperatura
Definir la temperatura no es una cosa sencilla, frecuentemente se dice que la
temperatura es una propiedad termodinámica intensiva que ayuda a clasificar a los
sistemas como calientes o fríos. Esta forma de definir a esta propiedad en
ocasiones es confusa y ambigua. Sin embargo, podemos decir que la temperatura
es la propiedad termodinámica que se encuentra asociada al equilibrio térmico, o
bien, es la propiedad que establece cuando dos o más sistemas que interaccionan
entre sí, se encuentra en un estado térmico de equilibrio.
Equilibrio Térmico.
El equilibrio térmico se presenta cuando dos sistemas, uno a mayor temperatura
que el otro, se ponen en contacto; en el sistema de mayor temperatura, al
transcurrir el tiempo, su temperatura disminuye y por el contrario, el sistema que
inicialmente tenía baja temperatura, aumenta, de tal manera que la diferencia de
temperaturas disminuirá. Si ambos sistemas se encontraran aislados del entorno y
únicamente se presenta la interacción entre ellos, la diferencia en el valor de sus
propiedades disminuirá de tal manera que ambos lleguen a las mismas
condiciones, y por tanto a la misma temperatura, en este momento los sistemas se
encuentran en Equilibrio Térmico.
Ley cero de la Termodinámica, Temperatura Empírica y Calor
El principio cero de la termodinámica es una ley fenomenológica para sistemas
que se encuentran en equilibrio térmico. Fue formulado por primera vez por Ralph
H. Fowler. Constituye una gran importancia experimental pues permite construir
instrumentos que midan la temperatura de un sistema pero no lo es tanto para la
propia estructura de la teoría termodinámica.
El principio establece que existe una determinada propiedad, denominada
temperatura empírica, que es común para todos los estados de equilibrio que se
encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.
La ley cero de la termodinámica establece que si un cuerpo A se encuentra a la
misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un
tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo
C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán
los tres, en equilibrio térmico. Es decir: los cuerpos A, B y C, tendrán igual
temperatura.
Si dos o más cuerpos se encuentran a diferente temperatura y son puestos en
contacto, pasado cierto tiempo, alcanzarán la misma temperatura, por lo que
estarán térmicamente equilibrados.
Esta ley de la termodinámica ha sido utilizada en dispositivos como el termómetro
para medir temperatura. A pesar de que el termómetro es primitivamente usado
desde la época de Galileo, esta ley fue enunciada mucho después.
Temperatura empírica
La temperatura empírica, es aquella propiedad cuyo valor es el mismo para todos
los sistemas que están en equilibrio térmico entre sí. El principio cero trata de la
posibilidad de comparar la temperatura de diferentes sistemas. La definición de la
temperatura empírica se basa en este principio y establece una escala para la
temperatura y de esta forma lo establece como propiedad medible (variable
termodinámica). La temperatura empírica es necesariamente una función de otras
variables termodinámicas. Esto significa que por definición siempre será posible
de identificar los estados termodinámicos de un sistema usando otras variables
termodinámicas a parte de la temperatura.
Calor
El calor se define como la transferencia de energía que se da entre diferentes
cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas
temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor
significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre
ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor
temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren
en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se
entibia).
La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de
transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la
mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor
grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La
energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es
el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro
como resultado de la diferencia de temperatura.
Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del ambiente en la variación de la
temperatura de un cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calórico. Este
se producía cuando algo se quemaba y, además, que podía pasar de un cuerpo a
otro. La teoría del calórico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura que
otra, necesariamente, poseía mayor cantidad de calórico.
Benjamin Thompson y James Prescott Joule establecieron que el trabajo podía
convertirse en calor o en un incremento de la energía térmica determinando que,
simplemente, era otra forma de la energía.
Termómetros
Para conocer la temperatura de un sistema termodinámico se utilizan los
instrumentos conocidos como termómetros y cada uno de éstos tiene su principio
de operación, se encuentran los siguientes:
Termómetro de bulbo con mercurio (comúnmente conocido como
termómetro de mercurio): Un termómetro de mercurio es un tipo de termómetro
que generalmente se utiliza para medir las temperaturas del material
seleccionado.
El mercurio de este tipo de termómetro se encuentra en un bulbo reflejante y
generalmente de color blanco brillante, con lo que se evita la absorción de la
radiación del ambiente. Es decir, este termómetro toma la temperatura real del aire
sin que la medición de ésta se vea afectada por cualquier objeto del entorno que
irradie calor hacia el ambiente.
Termómetro Bimetálico.
Están constituidos por un tubo de acero inoxidable en cuyo interior está colocada
una espiral helicoidal bimetálica. Dicha espiral esta soldada por un extremo a la
parte inferior del tubo y por otra a una varilla de trasmisión, a su vez conectada a
una aguja indicadora. Las variaciones de temperatura causan en el bimetal una
deformación que, mediante la rotación de la varilla, se transmite a la aguja
indicadora situada en la esfera.
Termopar.
Está basado en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos
conductores de metales diferentes o aleaciones de metales diferentes unidos en
sus extremos y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura que
origina una fuerza electromotriz, la cual está en función de la diferencia de
temperatura entre la unión fría y caliente, pero más específicamente, esta
generada como un resultado de los gradientes de temperatura los cuales existen a
lo largo de la longitud de los conductores.
Escalas de temperatura:
Escala Celsius (°C)
Escala Fahrenheit (°F)
Escala Kelvin (K)
Escala Rankine (°R)
Rango
Es el intervalo que puede medir el termómetro.
MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).
INSTRUMENTO IMAGEN
1 Termómetro de
Bulbo con Mercurio
1 Termopar de
cromel-alumel
1 Termómetro
Bimetálico
1 Vaso de precipitado
de 250 (ml)
1 parrilla eléctrica
1 Soporte Universal
1 Pinza para Bureta
1 Pinza para
Termómetro
1 Agitador Magnético
1 Multímetro digital
Hielo
DESARROLLO.
Actividad 1
Características estáticas de un instrumento de medición
 En esta actividad analizamos las características estáticas de los
instrumentos de medición que utilizamos en esta práctica. Posteriormente
tomamos nota de los mismo con los cuales llenamos la tabla 1 (Ver tabla en
la sección de resultados).
Actividad 2
 Ensamble el equipo tal como se muestra en la figura No. 1, cuidando que
los termómetros estén lo más juntos posible sin tocarse entre sí, y sin tocar
el recipiente.
NOTA: Que el termopar no toque nunca la parrilla ni las paredes de vaso de
precipitados. Dejarlos un minuto para que entren en equilibrio térmico.
 Tomar las lecturas iniciales de temperatura en cada termómetro
 Prender la parrilla a un nivel alto de 9 de calentamiento y agitación media
de 5.
 Tomar cada medio minuto las lecturas de cada termómetro, hasta que el
agua este en ebullición a 92°C
 Una vez que el agua ha hervido apagar la parrilla y retirarla con cuidado.
 Registrar las lecturas de cada termómetro en una tabla.
Actividad 3
 Realizar las gráficas y colocar en ellas un diagrama de dispersión y una
curva de ajuste por cada termómetro.
Actividad 4
 Obtener el rango, rapidez de respuesta (sensibilidad) y facilidad de lectura.
Actividad 5
Calcular los porcentajes de error de exactitud para cada uno de los
termómetros con los valores obtenidos en cada uno de ellos.
RESULTADOS.
ACTIVIDAD 1
INSTRUMENTOS RANGO RESOLUCION LEGIBILIDAD
TERMOPAR 200°C-2000°C 1100°C BUENA
T. MERCURIO -20°C-150°C 0.1°C BUENA
T. BIMETALICO 0°C-150°C 1°C REGULAR
VASO DE
PRECIPITADOS
0mL-300mL 50mL BUENA
ACTIVIDAD 2
Tiempo (min) T termopar (°C) T bimetálico (°C) T mercurio (°C)
0.5 0 13 0
1.0 0.3 13 0
1.5 1.3 13 0
2.0 2.8 15 2
2.5 7.4 15 6
3.0 3.4 15 10
3.5 8.2 16 16
4.0 7.5 17 16
4.5 13.1 18 17
5.0 16.5 20 18
5.5 19.3 20 18
6.0 24.1 21 22
6.5 30.0 24 28
7.0 38.5 27 37
7.5 44.0 30 44
8.0 51.0 30 52
8.5 60.0 40 60
9.0 66.5 40 67
9.5 74.5 43 74
10.0 81.3 48 80
10.5 88.2 56 86
11.0 92.9 65 92
11.5 92.9 75 92
12.0 93.0 80 93
ACTIVIDAD 3
Utilizando mínimos cuadrados para la obtención de una mejor recta tenemos:
 Para el termómetro de mercurio.
y=mx+b
Dónde:
m= 0.15176 (
°𝐶
𝑠
) y b= -18.43°C
Tenemos que:
°C= 0.15176 (
°𝐶
𝑠
) (t)-18.43°C
 Para el termopar.
Dónde:
m= 0.15646 (
°𝐶
𝑠
) y b= -20.632°C
Tenemos que:
°C= 0.15646 (
°𝐶
𝑠
) (t)-20.632°C
 Para el termómetro bimetálico.
Dónde:
m= 0.08723 (
°𝐶
𝑠
) y b= -1.2587°C
Tenemos que:
°C= 0.08723 (
°𝐶
𝑠
) (t)-1.2587°C
Los datos arrojados por el ajuste de mínimos cuadrados son los siguientes:
Tiempo (s) T termopar (°C) T bimetálico (°C) T mercurio (°C)
30 .15.93 1.35 -13.87
60 .11.24 3.97 -9.32
90 -6.55 6.59 -4.77
120 -1.85 9.20 -0.21
150 2.83 11.82 4.33
180 7.53 14.44 8.88
210 12.22 17.05 13.43
240 16.91 19.67 17.99
270 21.61 22.29 22.54
300 26.30 24.91 27.09
330 30.99 27.52 31.65
360 35.69 30.14 36.20
390 40.38 32.76 40.75
420 45.08 35.37 45.30
450 49.77 37.99 49.86
480 54.46 40.61 54.41
510 59.16 43.22 58.96
540 63.85 45.84 63.52
570 68.55 48.46 68.07
600 73.24 51.07 72.62
630 77.93 53.69 77.17
660 82.63 56.31 81.73
690 87.32 58.93 86.28
720 92.01 61.54 90.83
Estas son las gráficas representadas por separado:
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800
T(°C)
t(s)
T termopar (°C) .15.93 .11.24
En estagráfica estánrepresentadostodoslosdatosde lostrestermómetros.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 100 200 300 400 500 600 700 800
T(°C)
t(s)
T bimetálico (°C)
-20
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800
T(°C)
t(s)
T mercurio (°C)
ANALISIS DE RESULTADOS.
Con base en la tabla y en el experimento en el cual obtuvimos diversas lecturas,
por parte de los 3 termómetros, se obtuvieron valores adecuados, ya que siempre
hubo un orden ascendente respecto al tiempo, variaron un poco debido a que el
termopar, no estaba totalmente calibrado, y no empezó directamente en 0, pero
después de los ajustes se logró tener buenas lecturas y en conjunto los 3 nos
dieron resultados proporcionales.
El Termopar y el Termómetro de Mercurio iniciaron en 0 y terminaron en 93,
mientras el bimetálico empezó en 13 y terminó en 80.
EL tiempo que utilizamos fue cada 30 segundos tomar una lectura, hasta el punto
de ebullición y respecto al tiempo las lecturas tomadas fueron constantes y por
eso nuestras gráficas son en orden ascendente, por lo tanto obtuvimos los
resultados correctos.
CONCLUSIÓN.
En las prácticas de laboratorio siempre se debe de tener un proceso y una meta a
llegar en este caso logramos obtener las mediciones de los tres termómetros con
una muy buena aproximación de los tres el termopar aunque es más fácil de leer
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
T(°C)
t(s)
cos(A1+sqrt 2)+A1(A1/2+sqrt
2)-sqrt 2
Linear (cos(A1+sqrt
2)+A1(A1/2+sqrt 2)-sqrt 2)
Linear ()
Linear ()
tuvimos problemas ya que estaba desfasa como por 5 grados los que nos dificulto
un poco la terea pero en general el concepto de temperatura, de calor y la gráfica
de calentamiento del agua son conceptos que se van a quedar con nosotros, aquí
incluimos en concepto de presión ya que el agua no llega a los 100 grados de
Celsius cuando va a hervir, pero estos es porque estamos en el DF .
Previo Practica # 4
1.- Defina calor
ES calor se define como la transferencia de energía que se da entre sus
cuerpos o diferenteszonas de un mismo cuerpo que se encuentra a distintas
temperaturas.
2.- defina caloría
Cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar
su temperatura un grado de Celsius.
1 caloría=4.184 J
3.- defina energía interna, entalpia y entalpia de vaporización
-energía interna: suma de la energía de todas sus partículas que componen
un cuerpo.
Entalpia: es la cantidad de energía calorífica de una sustancia
Entalpia de vaporización cantidad de energía necesaria para que una unidad
de masa (kg, mol, etc) de una sustancia quede en equilibrio con su propio
vapor a una atmosfera pase completamente del estado líquido al estado
gaseoso.
4.- Cuales son las expresiones matemáticas para medir la energía interna en
función de una diferencia de temperaturas y la entalpia de vaporización
H=U PV
H entalpia
U=energía interna
P=presión
V=volumen
5.-Describa el mecanismo de propagación de calor por conducción y
convección
Conducción: es el proceso que produce por contacto térmico entre dos o
más cuerpos, debido al contacto directo entre la partículas individuales de
los cuerpos que están a diferentes temperaturas lo que produce que las
partículas lleguen al equilibrio térmico.
Convección: solo se produce en fluidos, ya que implica movimiento de
volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura a regiones que
están a otra temperatura.
6.- describa el mecanismo de propagación de calor por radiación
Es el proceso por el cual se transmite a través de ondas electromagnéticas
7.- De ejemplos de sustancias que son buenos conductores de calor
Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y estos mejor que los
gases los metales son muy buenos conductores de calor, mientras que el
aire es un muy mal conductor
8.-Explique porque un abrigo no permite que la persona que lo use no tenga
frio.
Porque el abrigo aísla térmicamente y permite utilizar el calor propio para
mantener la temperatura corporal.
9.-Porque se presenta la convección en los fluidos?
Se presenta porque un fluido que tiene una cierta temperatura y el mezclarlo
con otro fluido a diferente temperatura van a variar las cargas energéticas
moleculares del fluido y los elementos interactuantes del sitema realizan un
trabajo, donde el que tiene mayor energia o temperatura se la cedera al que
tiene menos temperatura
10.-Porque no es conveniente hablar de la cantidad de calor contenido en un
cuerpo?
Porque el calor es una energía en tránsito que aparece producto de una
diferencia de temperatura entre dos sistemas, un cuerpo no almacena calor
pues esta energía aparece recién cuando hay dos o más sistemas a distintas
temperaturas.
PRÁCTICA 4
“CALOR”
OBJETIVOS.
 Determinar la relación existente entre las variables calor (Q) - temperatura
(ΔT) y calor (Q) – masa (m) para agua líquida.
 Construir la gráfica que relaciona las variables ΔT - Q durante el
calentamiento de agua líquida.
 Obtener el modelo matemático que relacione a las variables ΔT - Q del
objetivo anterior.
BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES.
EQUILIBRIO TÉRMICO.- Cuando dos sistemas con diferente temperatura se
ponen en contacto y luego de cierto tiempo alcanzan la misma temperatura, se
dice que ambos sistemas han llegado al equilibrio térmico. A principios del siglo
pasado, los científicos explicaban este fenómeno suponiendo que todos los
sistemas contenían en su interior una sustancia fluida, invisible y de masa nula
llamada calórico. Cuanto mayor sea la temperatura de un sistema, tanto mayor
sería la cantidad de calórico en su interior. De acuerdo con este fenómeno cuando
dos sistemas con temperatura diferentes se ponen en contacto, se produce una
transmisión de calórico del cuerpo más caliente al más frío, ocasionando una
disminución en la temperatura del sistema más caliente y un incremento en el
sistema más frío. Una vez que ambos sistemas llegan a la misma temperatura el
flujo del calórico se interrumpiría y permanecerían, a partir de ese momento, se
encuentran en equilibrio térmico.
Actualmente el calor se define como:
La energía que se transmite de un sistema a otro, en virtud únicamente de una
diferencia de temperaturas.
UNIDADES DE CALOR.- En el Sistema Internacional de Unidades se utiliza el
Joule (J). Además del Joule otra de las unidades que se emplea aún es la caloría,
unidad que se deriva del concepto del calórico y se define como: La cantidad de
calor que debe suministrarse a un gramo de agua para que su temperatura se
eleve de 14.5 (°C) a 15.5 (°C).
El calor se presenta o se manifiesta de dos formas:
CALOR SENSIBLE. Cuando en un sistema su temperatura aumenta debido a un
suministro de energía en forma de calor.
La ecuación del calor sensible es:
Dónde:
{Q} = calor
m = masa
Ti = Temperatura inicial
Tf = Temperatura final
“c” es una constante de proporcionalidad y se conoce como la capacidad térmica
específica de la sustancia.
CALOR LATENTE. Cuando en un sistema su temperatura no cambia cuando se
suministra energía en forma de calor. Durante el suministro de energía en forma
de calor el fluido cambia de fase.
La ecuación del calor latente es:
Dónde:
Q = calor
m = masa
“λ” es una constante de proporcionalidad y se conoce como “entalpia de
transformación”.
MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).
1 Parrilla eléctrica 1 Resistencia de
inmersión
3 Vasos de
precipitados de
250 (ml)
2 Termómetros de
bulbo con
mercurio.
1 Watthorímetro 1 Cronómetro
1 Termo 360 (g) Agua
DESARROLLO.
PARA EL PRIMER OBJETIVO:
Como primer paso a cada vaso de precipitados le agregamos la misma cantidad
de agua y encendimos la parrilla colocando la perilla de calentamiento en el
número dos.
En uno de los vasos se introdujimos un termómetro y se registramos el valor de la
temperatura de la sustancia y coloca el vaso sobre la superficie de la parrilla.
Tomamos un tiempo de dos minutos y realizamos otra vez la lectura de
temperatura del sistema y retiramos el vaso de la superficie de la parrilla.
A continuación, se repetimos los pasos anteriores con otro de los vasos con la
única variante de colocar la perilla de calentamiento en el número cuatro. Por
último, el procedimiento es igual para el vaso final variando la perilla de
calentamiento al número seis.
Analizamos la información obtenida y cambiamos el agua de los vasos anteriores
bajo el siguiente esquema: una masa en el primero, en el segundo más masa que
el anterior y por último, en el tercer vaso mayor masa que los dos previos.
Para el desarrollo contemplamos el mismo tiempo para cada vaso, por decir 2
(min). Con el agua de cada vaso a una misma temperatura inicial, la temperatura
final de la sustancia en cada vaso deberá de ser la misma al término del evento.
Se tratará de llegar a la condición final manipulando exclusivamente la perilla de
calentamiento. En función de lo realizado, analizamos la información. Con los dos
eventos anteriores llegamos a una conclusión general de la relación existente
entre el calor (Q) con respecto de la masa (m) y del cambio de la temperatura
(ΔT).
PARA EL SEGUNDO OBJETIVO:
En el termo depositamos la cantidad de agua necesaria para cubrir la resistencia
de inmersión que está acoplada al recipiente y serramos el sistema y se
colocamos en el interior de él un termómetro de bulbo con mercurio. Registramos
la temperatura (temperatura inicial).
Conectamos el cable de la resistencia al watthorímetro y encendimos el
watthorímetro. En el intervalo de temperaturas tomamos lecturas de la
temperatura en cada vuelta del watthorímetro.
Realizamos la gráfica Q vs ΔT, (ΔT = Tf – Ti , Ti, el último valor será siempre la
temperatura que se tomó al inicio del proceso).
Q = KN
Donde.
Q = calor
K = constante del watthorímetro
N = número de vueltas
RESULTADOS.
INSTRUMENTOS RANGO RESOLUCION LEGIBILIDAD
PRECIPITADO 20 mL-80mL 20mL BUENA
PRECIPITADO 50-400 ml 50 ml BUENA
Termómetro de
mercurio
-20°C-50°C 10°C REGULAR
Termómetro de
mercurio
-10°C-60°C 10°C REGULAR
ACTIVIDAD 1
Tabla 1. Mediciónde temperaturas durante el calentamientode agua.
VASO Masa (g) Ti (°C) t(s) Tf (°C)
1 150 23 120 24
2 150 23 120 29
3 150 23 120 32
Tabla 2. Mediciónde temperaturas durante el calentamientode agua.
VASO Masa (g) Ti (°C) t(s) Tf (°C)
1 100 25 120 40
2 150 30 120 45
3 200 34 120 50
ACTIVIDAD 2
Tabla 3. Medición de temperaturas durante el calentamiento de agua y su
suministro de energía en forma de calor.
Masa del agua=350 (g)
EVENTO No. De
vueltas (N)
T(°C)
Tinicial=32°C
Q=N°K(J) AT(°C)
1 1 32 2750 32
2 2 43 5500 11
3 3 45 8250 13
4 4 49 11000 17
5 5 52 13750 20
6 6 55 16500 23
7 7 57 19250 25
8 8 62 22000 30
9 9 64 24750 32
10 10 65 27500 33
11 11 68 30250 36
12 12 70 33000 38
13 13 73 35750 41
14 14 74 38500 42
15 15 76 41250 44
16 16 80 44000 48
Trabajaremos con el siguiente modelo matemático tras haber hecho la lectura de
datos
𝜟𝑻(°𝑪) = 𝒎 [
°𝑪
𝑱
] 𝑸[𝑱] + 𝑻𝒆𝒎𝒑. 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍[°𝑪]
Dónde:
𝐾 = 2750 [𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒/𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎]
𝑁: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠
𝑄 = 𝐾 ∗ 𝑁
𝛥𝑇 (°𝐶) = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 – 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙.
Valores
obtenidos en el
análisis
Ecuación
y = m x+ c
m= 0.000759893
c= 12.55
x y
0 12.5500
5 12.5538
10 12.5576
15 12.5614
20 12.5652
25 12.5690
30 12.5728
35 12.5766
40 12.5804
45 12.5842
50 12.5880
ANALISIS DE RESULTADOS.
Al momento de tomar las temperaturas de los vasos de precipitado con masas
iguales a 150 g, la temperatura y el tiempo se mantuvieron constantes: 23°C y
120 segundos respectivamente. La variación la obtuvimos en la temperatura final
ya que en las tres masas obtuvimos 24,29 y 32 °C respectivamente, es decir, vario
de 3 hasta 5 °C.
En el momento de variar las masas: 100, 150 y 200 g, en el mismo tiempo de 120
segundos. En este caso hubo una variación en la temperatura inicial y final. Con
12.5450
12.5500
12.5550
12.5600
12.5650
12.5700
12.5750
12.5800
12.5850
12.5900
0 20 40 60
y
respecto al vaso con 100 g, obtuvimos una temperatura inicial de 25°C y una final
de 40°C, para el segundo vaso de 150 obtuvimos una temperatura inicial de 30°C
y una final de 45°C y por ultimo para el vaso de 200 g obtuvimos una temperatura
inicial de 34°C y una final de 50°C. Por lo que podemos observar que respecto a la
temperatura inicial hay una variación de 4 a 5°C en cada lectura de los vasos de
precipitado. Para la temperatura final podemos observar que hay una variación de
5°C en las diferentes lecturas de cada vaso de precipitado, todo esto sin perder de
vista que las condiciones son parecidas cambiando la masa del agua y aumentado
la cantidad de calor. .
En la actividad 2, obtuvimos 16 lecturas y por consiguiente 16 vueltas, para la
temperatura inicial obtuvimos un rango desde 32°C a 80°C. En el caso del calor
obtuvimos un rango de 2750 a 44000 J y por último en la diferencia de
temperaturas obtuvimos un rango de 32 hasta 48°C.
Por lo que podemos decir que la masa es directamente proporcional al calor
suministrado. Es decir, se necesita mayor calor para calentar una masa mayor a
diferencia que para calentar una cantidad de masa pequeña.
Obtuvimos una línea recta en nuestra gráfica, con el modelo matemático y=mx+c,
obtuvimos una pendiente de 0.000759893 y una ordenada de 12.55.
CONCLUSIÓN
Esta práctica es muy puntual en lo que se busca tanto en los objetivos con en los
procedimientos, lo que me agrada de ella es que el calor es evidente y se pueden
entender de una manera muy fácil con experimentos a su vez de una simple
elaboración en esta ocasión se revisó la cantidad de energía para calentar el agua
en el termo hasta llegar al punto de ebullición con lo cual nos dimos cuenta de la
capacidad calorífica del agua y fue una muy buena oportunidad de notarlo. Los
resultados tienen una precisión favorable ya que en esta ocasión los instrumentos
de medición tenían un fácil acceso. Y con lo que puedo decir que la práctica
cumplió totalmente los objetivos.
Practica # 5
1.- Explique en que consiste la técnica llamada calorimetría?
Es la ciencia que se ocupa de medir con precisión la energía y la entalpia. El
método consiste en proporcionar un flujo de calor a velocidades constante a
la muestra y aun material de regencia con una composición conocida y que
se sabe que no presentara cambios en el en el intervalo de temperaturas que
se va a manejar de las cuales se van a determinar la transmisibilidad del
calor o la energia necesaria para lograr la condición final que nos plateemos
2.- Escriba la relación matemática que se utiliza para determinar la capacidad
térmica
C=
𝑸
△𝑻
C=capacidad calorífica
Q=calor suministrado
△T= cambio de temperatura
3.- En que unidades puede ser expresada la capacidad térmica especifica?
Joule para el calor, Kg para la masa, y °K para la temperatura auqnue puede
utilizarse °C
4.- investigue en la literatura la apacidad térmica especifica de las siguientes
sustancian en Cal/g△T y KJ/kg△
Material en Cal/g△T KJ/kg△
Titanio .126 .527
Cobre .098 .39
Antimonio .049 .2051
Hielo .5 2.09
Constantan .1003 .420
Sulato de sodio .96 4.2
Carbonato de calcio
Azufre .75 .9825
Agua 1 4.186
Molibdeno .01 .255
Estaño .059 .226
Acerca de la parafina ¿que es? ¿Cómo se obtiene? Para que se usa?
Es una sustancia solido blanca, inodora, menos densa que el agua y
fácilmente fundible.
- Se obtiene destilando petróleo a materiales bituminosos naturales
- Se emplea en punturas especialmente en esmaltes de estufa con base
en el asfalto.
6.-
Un trozo de plomo de 250 g se calienta hasta 101°C y se echa en un
calorímetro de cobre de 350g el cual contiene agua a 19|C determine la
temperatura final del plomo.
7.- para determinar el calor especifico de un bloque de 110g de cierto
material se introduce en un calorímetro de cobre 30g que contiene 65g de
agua el sitema inicialmente se encuentra a 27°C posteriormente se añaden
115 ml de agua a 78 °}C al calorímetro cuando se alcanza el equilibrio
termico la temperatura del agua es de 51°C determine la capacidad térmica
especifica del bloque en KJ/KG°C
8.-Describe el calibrador con escala vernier y como se usa
Es una regla de mateal presisa con la que se pueden medir diámetros
interiores o exteriores gracias a las puntas que tienen además de tener una
barra de profundidad y un botón para medir con mas precision con las
puntas
Para utilizar es ¿la escala también se tomaron en cuenta en donde coinciden
las líneas
9.-
Corvierte la capacidad térmica especifica del hafnio de KJ/KG°C a KJ/KG°F
C=.14651
=.14651 (KJ/kg°C )(5°C/G°F) C=.0813944
10 Cuantos tipos de balanzas conoces descríbelas
Balanza gran ataría de triple brazo. Es muy sensible tiene pequeños bloques
que se van ajustando según sea necesario hasta que 2 líneas estén
concordando horizontalmente
Balanza electrónica:
Cuenta con medios electrónicos para averiguar y transmitir los datos sobre
el peso de un objeto hechas de acero inoxidable de varias capacidades.
Balanza analítica posee una capacidad de hasta .01 mg es de un solo platillo
y su velocidad de pesado es alta
Balanza miuro: posee una capacidad de 30 gr una sensibilidad de hasta .001
gr es de un solo platillo y su velocidad de pesado es alta
PRÁCTICA 5
“CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA DE METALES”
OBJETIVOS:
 Identificar algunos metales de trabajo.
 Determinar cualitativamente el valor de la capacidad térmica específica de
algunos metales con base en la cantidad de parafina que funden.
BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES.
El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una
diferencia de temperaturas. La teoría moderna del calor la da a conocer James
Joule demostrando que la ganancia o pérdida de una cantidad determinada de
calor va acompañada de la desaparición o aparición de una cantidad equivalente
de energía mecánica. El calor, por tanto, es una energía que no se conserva.
La temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra
energía en forma de calor. La cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de un sistema es proporcional a la variación de temperatura y a la
masa de la sustancia cuando no hay cambio de fase en la misma.
A esta manifestación de energía en forma de calor se le conoce como CALOR
SENSIBLE y se obtiene de la siguiente manera.
Q = m c ΔT
Dónde:
Q = calor
m = masa
c = capacidad térmica específica
ΔT = gradiente de temperatura
“c” es la constante de proporcionalidad y se conoce como la capacidad térmica
específica de la sustancia, se puede obtener como el cociente de la capacidad
térmica (C) entre la masa (m), es decir:
Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos por
incremento de temperatura.
La capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse
adecuadamente calentándola a una cierta temperatura, situándola en una cantidad
de agua, de masa y temperatura conocidas, y midiendo su temperatura cuando
llegue al equilibrio térmico. Si el sistema está aislado térmicamente de su entorno,
el calor que “sale” de la sustancia tiene que ser igual al calor que “entra” en el
agua y en el recipiente. Este procedimiento se conoce como CALORIMETRÍA y el
recipiente aislado que contiene el agua técnicamente se conoce como calorímetro.
Sea m la masa de la sustancia del cuerpo, c su capacidad térmica específica y Ti
su temperatura inicial. Si Tf es la temperatura final de la sustancia dentro del
calorímetro, el calor que fluye de la sustancia es:
De la misma manera, si Ti es la temperatura inicial del agua y del recipiente, y Tf
su temperatura final (la temperatura del cuerpo y del agua serán la misma, puesto
que finalmente alcanzarán el equilibrio térmico), el calor absorbido por el agua y el
recipiente es:
En donde:
ma = masa de agua
ca = capacidad térmica específica del agua
mc = masa del recipiente
cc = capacidad térmica específica del recipiente
Observe que en estas relaciones se ha presentado las diferencias de
temperaturas de forma que tanto el calor cedido como el calor recibido sean
cantidades positivas. Igualando estas cantidades de calor, puede obtenerse la
capacidad térmica específica de la sustancia.
O bien:
Como en la relación anterior sólo aparecen diferencias de temperaturas y los
grados Celsius y los kelvin tiene la misma magnitud, pueden medirse todas las
temperaturas bien en la escala Celsio o en la Kelvin sin que se vea afectado el
resultado.
Calorímetro
El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor
“suministradas” o “recibidas” por los sistemas, es decir, sirve para determinar la
capacidad térmica específica del sistema y para medir las cantidades de calor que
“liberan” o “absorben” los sistemas. El tipo de calorímetro de uso más extendido
consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado que contiene agua, un
dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el
calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de
temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica
del calorímetro (que también puede medirse), la cantidad de energía liberada
puede calcularse fácilmente.
Los calorímetros suelen incluir su equivalente para facilitar cálculos. El equivalente
en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el
calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta
forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.
MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).
CANTIDAD MATERIAL
3 Cilindros
de metal.
1 Soporte
para
metales.
1 Balanza
granataria
de triple
brazo.
1 Parrilla
eléctrica.
1 Recipiente
metálico.
1 Trozo de
parafina
de masa
50 gramos.
1 Pinzas
para tubo
de ensayo.
1 Calibrador
con
vernier.
DESARROLLO
1. Poner agua en el recipiente metálico y calentar éste en la parrilla al máximo
nivel de calentamiento.
2. Medir cinco veces mínimo la masa y las dimensiones de cada metal de
trabajo (no golpear los metales).
3. Colocar los metales en el soporte para metales y sumergirlos
completamente en el agua sin que toquen el recipiente.
4. Esperar a que el agua hierva y mantener los metales sumergidos durante
dos minutos.
5. Con cuidado sacar uno a uno los metales con las pinzas para tubo de
ensayo y colocarlos inmediatamente sobre el trozo de parafina.
6. Cuando los metales se hayan enfriado, quitarlos del trozo de parafina y
lavarlos con agua caliente.
7. Medir las dimensiones de la huella dejada en la parafina por cada metal.
8. Tirar el agua en el recipiente destinado para ello, no tirar esta agua en la
tarja.
ESQUEMA
RESULTADOS.
Características estáticas de un instrumento de medición
INSTRUMENTO RANGO RESOLUCIÓN LEGIBILIDAD
Calibrador con
vernier
0-19 cm 1/20 mm BUENA
Balanza
granataria de
triple brazo 0-100 (gr) 0.01 gramos BUENA
Tabla # 1 Características y dimensiones de las muestra metálicas.
METAL GRANDE
Medición
#
Peso
(g)
D
(cm)
d
(cm)
H
(cm)
V
(cm³)
ρExp
(g/cm³)
ρTab
(g/cm³)
Metal
Identifica
do
C (cal/gΔ°C )
1 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio
2 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio
3 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio
4 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio
METAL MEDIANO
Medición
#
Peso
(g)
D
(cm)
d
(cm)
H
(cm)
V
(cm³)
ρExp
(g/cm³)
ρTab
(g/cm³)
Metal
Identifica
do
C (cal/gΔ°C )
1 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro
2 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro
3 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro
4 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro
METAL PEQUEÑO
Medición
#
Peso
(g)
D
(cm)
d
(cm)
H
(cm)
V
(cm³)
ρExp
(g/cm³)
ρTab
(g/cm³)
Metal
Identifica
do
C (cal/gΔ°C )
1 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo
2 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo
3 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo
4 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo
Dónde:
V = volumen
C = capacidad térmica específica
ρ = densidad
D = Diámetro exterior
d = diámetro interior
H = altura
Tabla # 2 Dimensiones de la huella de cada muestra en la parafina para
obtener la masa fundida.
METAL GRANDE (ALUMINIO)
Medición Ǿ
(cm)
H
(cm)
V
(cm³)
1 1.4 0.4 1.80
2 1.4 0.4 1.80
3 1.4 0.4 1.80
4 1.4 0.4 1.80
METAL MEDIANO (HIERRO)
Medición Ǿ
(cm)
H
(cm)
V
(cm³)
1 1.4 0.3 1.35
2 1.4 0.3 1.35
3 1.4 0.3 1.35
4 1.4 0.3 1.35
METAL PEQUEÑO (PLOMO)
Medición Ǿ
(cm)
H
(cm)
V
(cm³)
1 1.4 0.1 0.452
2 1.4 0.1 0.452
3 1.4 0.1 0.452
4 1.4 0.1 0.452
Dónde:
V = volumen
Ǿ = Diámetro huella
H = altura o profundidad de la huella
Actividad: 1
 Relacionar el valor del volumen de cada huella en la parafina con la
cantidad de calor que cada metal “cedió” a la parafina para determinar su
valor de capacidad térmica específica.
Nota:
 En esta actividad no es posible obtener un valor experimental de capacidad
térmica específica de los metales.
ANALISIS DE RESULTADOS.
La capacidad térmica específica es la capacidad que tienen las sustancias para
absorber o ceder energía en forma de calor de un sistema a otro.
Se puede generalizar en todas la muestras de la huella, que entre mayor sea el
volumen de dicha huella es mayor la capacidad térmica especifica del metal que la
generó, pero sin saber numéricamente su valor.
Con los datos obtenidos no podemos deducir la capacidad térmica específica de
los metales que por su densidad encontramos, pero por su volumen desalojado en
la parafina podemos deducir que:
c(aluminio) > c(hierro) > c(plomo)
Dónde: c = Capacidad térmica especifica.
Investigando obtenemos los valores numéricos:
Sustancia Calor específico (J/kg·K)
Aluminio 880
Hierro 450
Plomo 130
Obteniendo %Error de las densidades obtenidas:
%EE= [((valor teórico -valor experimental)/valor teórico)*100%]
 Metal grande (Aluminio)
ρExp
(g/cm³)
ρTab
(g/cm³)
2.78 2.698
%EE= [((2.78 -2.698)/2.78)*100%]= 2.949% de error
 Metal mediano (Hierro)
ρExp
(g/cm³)
ρTab
(g/cm³)
7.69 7.133
%EE= [((7.69 -7.133)/7.69)*100%]= 7.24% de error
 Metal pequeño (plomo)
ρExp
(g/cm³)
ρTab
(g/cm³)
10 11.35
%EE= [((11.35 -10)/11.35)*100%]= 11.89% de error
CONCLUSIÓN.
La práctica aunque es muy fácil de entender y cumple con el propósito que es
comparar como la capacidad térmica especifica de un material es mayor al de
otro material en lo personal siento la practica incompleta no por cálculos si no
porque es muy difícil medir el volumen de la huella ya que solo es una
aproximación y aunque obtuvimos C de cada una con un error bastante bajo aun
así siento que la práctica carece de un fundamento de ser. En cuanto a cuestiones
de seguridad no hay problema podemos trabajar totalmente a gusto sin riesgo de
quemarnos debido a las medidas de seguridad. Pero tienen que hacer un intento
por mejorar esta práctica en la medida de lo posible.
Cuestionario previo practica # 6
1.-¿Qué es energía?
Capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en los
mismos o en los cuerpos.}
2.- describa las formas por las que un sistema puede intercambiar energía
con su entorno
-trabajo se pasa energía a un cuerpo de una posición a otra
Ondas propagación de perturbaciones de ciertas características campo
eléctrico, magnetismo, presión que se propagan a través del espacio
transmitiendo energía
Calor: cuando se transfiere energía de un cuerpo a otro más frio.
Conducción convección y radiación.
3.- mencione 10 ejemplos de transformciones de energía.
-hidraulica a motriz hidroeléctrica
Motriz a eléctrica hidroeléctrica
Motriz a mecánica motor
Eólica a mecánica- molinos de viento
Eléctrica a magnética electromagnética
Química a atómica fisión nuclear
Química a motriz caldera
4.- Cual es la relación existente entre calor y trabajo.-
Cuando la velocidad de un cuerpo pasa de un valor a otro, la variación de la
energía cinética que experimenta es igual al trabajo realiza por la fuerza neta
que origino el cambio de velocidad
5.- explique la diferencia entre temperatura, trasferencia de calor y energía
interna
Energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto mas caliente
el cuerpo mayor energía
Temperatura: medida de calor o energía térmica de las partículas de una
sustancia.
Transferencia de calor: Es el paso de energía térmica desde un cuerpo de
mayor temperatura a otro de menor temperatura.
6.-¿Qué es una transformación adiabática?
Es una transformación que no intercambia con el medio y también es un
proceso reversible.
7.- Cuando un sistema sufre un proceso muy rápido, aunque sus paredes no
sean aislantes dicho proceso puede considerarse adiabático ¿Por qué?
No se genera intercambio de energía debido a que es muy poco el tiempo en
el que se tiene contacto una con otra
8.-¿Qué es trabajo? Mencione sus unidades y diga como calcular el trabajo
asociado a:
La compresión y la expansión de un gas
Un sistema eléctrico
Un campo magnético
Un eje o flecha cuando está girando
El trabajo es la fuerza que actúa sobre un cuerpo las unidades del SIU son
Joules.
-La compresión y la expansión de un gas, sabiendo la fuerza que se aplica el
gas junto con el peso específico del gas
-un sistema eléctrico: sabiendo la fuerza que se aplica el gas junto con el
peso específico del gas.
-Un campo magnético: sabiendo la cantidad de energía empleada y el peso
de los cuerpos.
-un eje o fuerza cuando está girando. Sabiendo la velocidad con la que gira y
la fricción a la que está sometida.
9.- Explique en que consiste el experimento de joule, que dispositivo fue el
que utilizo y cuáles son sus características.
Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua,
con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que
se ponen en momento para accionar una pesa.
La versión original del experimento, consta de dos pesas que cuelgan
sistemáticamente del eje.
La pesa que se mueve con velocidad prácticamente constante pierde energia
potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las poleas se calienta
debido a la fricción.
Si el bloque de masa m desciende una altura h, la energía potencial
disminuye y esa es la energía que se utiliza para calentar el agua.
10.-¿Por qué no es conveniente hablar del contenido de calor y del
contenido de trabajo mecánico de un sistema?
Porque esos están liberándose y no se manifiestan en forma constante
PRÁCTICA 6
“CONVERSIÓN DE TRABAJO EN CALOR”
OBJETIVOS:
 Obtener el valor de la equivalencia entre trabajo y calor.
 Determinar el trabajo y el calor asociados a un sistema mecánico.
BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES.
El trabajo y la energía se encuentran entre los conceptos más importantes de la
física. Desde el punto de vista de la mecánica clásica, el trabajo se define como:
La fuerza que actúe sobre un objeto que se mueve a través de una distancia y
existe un componente de la fuerza a lo largo de la línea de movimiento. Si la
fuerza es constante en una sola dimensión, el trabajo realizado es igual a la fuerza
multiplicada por la distancia.
W = trabajo aplicado F = fuerza aplicada s = distancia
Desde el punto de vista de la termodinámica, el trabajo es un concepto más
extenso que el tradicionalmente utilizado en la mecánica clásica.
Se define como:
 La energía transferida a través de las fronteras de un sistema en forma
organizada y cuyo uso exclusivo sea la elevación de un sistema.
 Una energía en tránsito entre un sistema y su entorno, a través de aquellos
límites del sistema en que no existe transferencia de masa y como consecuencia
de la diferencia de una propiedad intensiva, que no sea la temperatura, entre el
sistema y su entorno.
El trabajo realizado para pasar de un estado inicial de equilibrio a un estado final
de equilibrio puede tomar cualquier valor, dependiendo de la trayectoria que se
elija. El trabajo no es una propiedad ya que no es posible especificarlo por el solo
conocimiento del estado termodinámico del sistema.
Conversión de signos:
Si el trabajo se realiza sobre el sistema por el entorno, es positiva ( + ) Si el trabajo
se realiza por el sistema sobre el entorno, es negativo ( - )
Formas mecánicas de trabajo
 de eje o de flecha.
La transmisión de energía mediante un eje rotatorio es muy común en los
sistemas termodinámicos. El momento de torsión o torque aplicado al eje se
considera constante, lo cual significa que la fuerza “F” aplicada también se
considera constante. Para un determinado momento de torsión o torque constante,
el trabajo realizado durante “N” revoluciones se determina así́:
Una fuerza F que actúa por medio de un brazo de momento r genera un momento
de torsión M.
Experimento de Joule.
W M( )mgr2N
En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es
decir, la relación entre energía mecánica y la energía térmica (energía en forma de
calor). Mediante este experimento, se pretende poner de manifiesto la cantidad de
energía que es necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la
temperatura de un volumen de agua.
Descripción del equipo utilizado por Joule.
Un sistema aislado térmicamente contiene una masa de agua, con un termómetro
para medir su temperatura, un eje con paletas que se ponen en movimiento por la
acción de una pesa, tal como se muestra en la figura.
La pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía
potencial y como consecuencia, el agua agitada por las paletas se calienta debido
a la fricción. Si el bloque de masa m desciende una altura h, la energía potencial
disminuye y esta es la energía que se utiliza para calentar el agua (se desprecian
otras perdidas).
Joule encontró́ que la disminución de energía potencial es proporcional al
incremento de temperatura del agua. La constante de proporcionalidad (el calor
especifico del agua) es igual a 4.186 J/(g ΔoC). Por tanto, 4.186 (J) de energía
mecánica aumentan la temperatura de 1 (g) de agua en 1 (o C).
Así́, se define la caloría como 4.186 (J) sin referencia a la sustancia que se está́
calentando.
En la simulación de la experiencia de Joule, se desprecia el equivalente en agua
del calorímetro, del termómetro, del eje y de las paletas, la perdida de energía por
las paredes aislantes del recipiente del calorímetro y otras perdidas debidas al
rozamiento en las poleas, etc.
Equipo utilizado por Joule
1 (cal) = 4.186 (J)
La conversión de energía mecánica íntegramente en calor se expresa mediante la
siguiente ecuación.
W (J)U(cal)
mgr2Nmc(T T)
MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).
INSTRUMENTO IMAGEN
1 Aparato del
equivalente
mecánico del
calor
1
Termopar de
cromel-alumel
(color amarillo)
3 Masas de 100,
200 y 500 (g)
DESARROLLO
1. Realizar el montaje del equipo como se indica en la figura 2.
2. Dar de dos a cinco vueltas de la cinta nylon alrededor del cilindro de aluminio
cuidando que el cilindro gire libremente.
3. Colocar todas las masas en el extremo de la cinta, cuidando que queden a una
distancia corta del suelo.
4. Tomar la temperatura del cilindro de aluminio con el termopar.
5. Hacer girar el cilindro de aluminio con la manivela. Dar 300 vueltas con una
rapidez constante.
6. Tomar la temperatura del cilindro de aluminio en el mismo lugar de la medición
anterior.
7. Desmontar el equipo.
ESQUEMA
RESULTADOS.
Características estáticas de un instrumento de medición
INSTRUMENTO RANGO RESOLUCIÓN LEGIBILIDAD
1Termopar de
cromel-alumel
(color
amarillo)
200°C-2000°C
1100°C BUENA
Ti
(ºC)
Tf
(ºC)
(N) D
(m)
CAl
(cal/gΔºC)
mAL
(kg)
ms
(kg)
27.1 29.0 300 0.02373 0.22 200 800
27.6 29.7 300 0.02373 0.22 200 800
28.8 30.5 300 0.02373 0.22 200 800
CALCULOS.
Para encontrar Calor y Trabajo:
Igualando:
=
X [J] = Y [cal]
Sustituyendo:
1er evento:
W = (0.8) (9.78) (2π) (0.02373) (300)
W = 349.9674 J
Q = (200) (0.22) (29 – 27.1)
Q = 83.6 cal
1 [cal] =
𝑿
𝒀
[J ]
1 [cal] =
𝑿
𝒀
[J ]
𝑾
𝑸
=
𝟑𝟒𝟗.𝟗𝟔𝟕𝟒
𝟖𝟑.𝟔
2do event:
W = (0.8) (9.78) (2π) (0.02373) (300)
W = 349.9674 J
Q = (200) (0.22) (29.7 - 27.6)
Q = 92.4 J
1 [cal] =
𝑿
𝒀
[J ]
𝑾
𝑸
=
𝟑𝟒𝟗.𝟗𝟔𝟕𝟒
𝟗𝟐.𝟒
3er event:
W = (0.8) (9.78) (2π) (0.02373) (300)
W = 349.9674 J
Q = (200) (0.22) (30.5 – 28.8)
Q = 74.8 J
1 [cal] =
𝑿
𝒀
[J ]
𝑾
𝑸
=
𝟑𝟒𝟗.𝟗𝟔𝟕𝟒
𝟕𝟖.𝟒
Q
(cal)
W
(J)
EMC
1 cal =
83.6 349.9674 4.18621
92.4 349.9674 3.78
74.8 349.9674 4.678
𝑾
𝑸
= 4.18621J
𝑾
𝑸
= 3.78 J
𝑾
𝑸
= 4.678 J
Para obtener porcentaje de error:
%EE =
𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐−𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐
𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐
𝑿 𝟏𝟎𝟎
 1er evento:
%EE =
4.186 – 4.18621
4.186
𝑋 100
%EE = 0.03185
 2do evento:
%EE =
4.186 – 3.78
4.186
𝑋 100
%EE = 9.69
 3er evento:
%EE =
4.186 – 4.678
4.186
𝑋 100
%EE = 11.75
ANALISIS DE RESULTADOS.
Dentro de los resultados obtenidos podemos observar que en el primer
experimento nos acaseramos al valor real con casi 99.9% de exactitud acertando
al valor de la relación entre el trabajo y el calor dándonos como valor experimental
de 4.18621 sobre el valor real de 4.186 dándonos cuenta que el cambio de
temperatura en el cilindro debía de ser de 1.5 grados centígrados posterior a las
300 vueltas.
En los procesos posteriores el cambio de temperatura varió de 1.3 hasta 1.7
haciendo el porcentaje de error mayor alejándonos del valor de la relación entre el
trabajo y el calor.
CONCLUSIÓN.
Se cumplió totalmente la práctica los resultados que tuvimos fueron excelentes
considerando hasta un 99%.9 por ciento de precisión logrando obtener
experimentalmente el valor de 4.186 j es interesante saber de dónde viene el valor
de calor a energía ya que son cosas que ocupamos a diario desde el trabajo de un
motor de combustión interna, el trabajo requerido para subir un cierto peso en un
polipasto. Son infinitas las aplicaciones con las que podemos saber cuánta
energía va a necesitar el motor de una bomba centrifuga.
Previo 7
PRÁCTICA 7
“CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA Y ENTALPIA DE
VAPORIZACIÓN DEL AGUA”
OBJETIVOS.
 Determinar el valor de la capacidad térmica específica promedio del agua
en el intervalo de temperaturas T medio = 80°C.
 Obtener el valor del cambio de entalpia durante la evaporación a presión
constante del agua.
BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES.
Energía: La energía que posee un sistema se puede definir como “La capacidad
para producir un cambio”
La energía total de un sistema se puede determinar como la suma de las
diferentes formas de energía que se presentan en él.
1.- Una energía macroscópica: la energía mecánica total E del sistema, esta
energía se relaciona con la posición y el movimiento macroscópico del sistema en
conjunto. La energía mecánica E es la suma de:
 la energía cinética de traslación del centro de masa más la energía cinética
rotacional respecto del centro de masa, así como...
 ... las energías potenciales relacionadas con la posición del centro de masa
del sistema en el espacio, sea la energía gravitatoria u otras formas
potenciales de energía (como la potencial eléctrica).
Convencionalmente, cuando se produce una variación de la energía interna
manifestada en la variación del calor que puede ser cedido o absorbido, se puede
medir este cambio en la energía indirectamente por la variación de la temperatura
de la sustancia.
La transferencia de energía a un sistema se lleva a cabo por medio de dos
mecanismos o procesos: a) por transferencia de calor, provocada por una
diferencia de temperaturas, y b) por vía del trabajo, provocada por fuerzas
macroscópicas.
Al aumentar la temperatura de un sistema, sin que varíe nada más, aumenta su
energía interna.
Equilibrio Térmico: Cuando dos sistemas con diferente temperatura se ponen en
contacto, luego de cierto tiempo alcanzan la misma temperatura, se dice entonces
que ambos sistemas se encuentran en equilibrio térmico.
El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una
diferencia de temperaturas y se presenta como calor sensible o calor latente
La temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra
energía en forma de calor. La cantidad de calor {Q} necesaria para elevar la
temperatura de un sistema es proporcional a la variación de temperatura y a la
masa de la sustancia, esto es, sin que haya cambio de fase en la sustancia. A esta
manifestación de energía en forma de calor se le conoce como CALOR SENSIBLE
y se obtiene de la siguiente manera:
Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos por
incremento de temperatura.
La capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse
adecuadamente calentando ésta última a una cierta temperatura, situándola en
una cantidad agua, de masa y temperatura conocidas, y midiendo su temperatura
cuando llegue al equilibrio térmico. Si el sistema está aislado térmicamente de su
entorno, el calor que “sale” de la sustancia tiene que ser igual al calor que “entra”
en el agua y en el recipiente. Este procedimiento se conoce como
CALORIMETRÍA y el recipiente aislado que contiene el agua técnicamente se
conoce como calorímetro.
Calorímetro: El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades
de calor “suministradas” o “recibidas” por los sistemas. Es decir, sirve para
determinar la capacidad térmica específica del sistema, así como para medir las
cantidades de calor que “liberan” o “absorben” los sistemas. Laboratorio de
Termodinámica. Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar
cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se
comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas
circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de
equivalentes.
MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).
CANT MATERIAL CANT MATERIAL
1 Termo de
plástico con
tapa.
1 Termómetro de
bulbo
1 Resistencia de
inmersión.
1 Watthorimetro
1 Balanza
granataria de
triple brazo
DESARROLLO.
 Determinación de la capacidad térmica específica del agua.
1. Colocamos agua en el termo hasta que la resistencia de inmersión quedara
completamente sumergida. Tomando en cuenta que la resistencia tenía que estar
desconectada.
2. Colocamos la tapa sin apretar, ya que de expandirse por el calor hubiese
causado una explosión.
3. Conectamos la resistencia de inmersión al watthorímetro y éste a la corriente,
como se mostraba en el esquema. Una vez más verificando que el watthorímetro
estuviese apagado.
4. Medimos la temperatura del agua con el termómetro de mercurio.
5. Encendimos el watthorímetro con la resistencia de inmersión y al mismo tiempo
contamos las vueltas del disco del watthorímetro colocando la vista frente al canto
del disco.
6. Cuando la temperatura del agua llegó a los 80 (°C) apagamos la resistencia y
terminamos de contar las vueltas del disco.
7. Repetimos este experimento cinco veces más.
 Determinación del cambio de entalpia durante la evaporación del
agua.
1. Sin tirar el agua caliente del último evento del experimento anterior, colocamos
el termo sobre la balanza.
2. Recorrimos la tapa del termo hasta que quedara en la mesa. Teniendo en
cuenta que la resistencia debía de estar desconectada.
3. Tomamos el dato de la masa del sistema.
4. Descontamos 10 (g) de peso en la balanza, recorriendo una de las piezas de
metal de un brazo de la balanza, de tal manera que la aguja del brazo de la
balanza apuntara hacia arriba.
5. Conectamos y encendimos la resistencia, con el watthorímetro.
6. Esperamos hasta que el agua hirviera y comenzará a evaporar.
7. Cuando el agua comienzo a evaporar, detectamos una pérdida de masa en la
balanza y comenzó a temblar la aguja del brazo de la balanza, en ese momento
iniciamos la lectura del número de vueltas del disco del watthorímetro.
8. Cuando la aguja de la balanza apuntó nuevamente hacia la marca, terminamos
de contar las vueltas del disco, ya que se han perdido exactamente 10g de agua
en forma de vapor.
9. Apagamos la resistencia.
10. Repetimos cinco veces esta actividad
RESULTADOS.
Características estáticas de un instrumento de medición
INSTRUMENTO RANGO RESOLUCIÓN LEGIBILIDAD
Termómetro de bulbo -20°C-150°C 0.1 °C BUENA
Watthorimetro 0-2750J
C/VUELTA
N VUELTAS BUENA
Balanza granataria de
triple brazo 0-100 (gr) 0.01(gr) BUENA
FORMULAS EMPLEADAS:
Qf= mc (Tf-Ti)
C= Qf / m (Tf-Ti) [
𝑱
𝒌𝒈∆°𝑪
]
Qf= KN [J]
K=2750 [J/v]
Tf= 80 [°C]
Ti= Tamb [°C]
Cevap=
𝐊𝐍
𝐌∆𝐓
[
𝑱
𝒌𝒈∆°𝑪
]
Cagua=4106 [
𝑱
𝒌𝒈∆°𝑪
]
Tabla 1: determinación de la capacidad térmica específica del agua.
No. de
evento
No. De
vueltas Magua
(kg)
Tinicial
(°C)
Tfinal
(°C)
∆T
(°C)
Q (J) C (J/kg∆°C)
1 47 0.521 22 80 58 129250 4277.25
2 40 0.409 20 80 60 110000 4477.004
3 34 0.350 21.5 80 58.5 93500 4566.54
4 47 0.517 24 80 56 129250 4464.28
Promedio C=4446.2685
(J/kg∆°C)
Sustituyendo valores obtenemos:
Q=KN Ceva=
𝑲𝑵
𝑴∆𝑻
Qf1=2750(47)=129250 Cevap1=
𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟒𝟕)
𝟎.𝟓𝟐𝟏(𝟓𝟖)
= 𝟒𝟐𝟕𝟕. 𝟐𝟓
Qf2=2750(40)=110000 Cevap2=
𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟒𝟎)
𝟎.𝟒𝟎𝟗( 𝟔𝟎)
= 𝟒𝟒𝟕𝟕. 𝟎𝟎𝟒
Qf3=2750(34)=93500 Cevap3=
𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟑𝟒)
𝟎.𝟑𝟓𝟎(𝟓𝟖.𝟓)
= 𝟒𝟓𝟔𝟔. 𝟓𝟒
Qf4=2750(47)=129250 Cevap4=
𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟒𝟕)
𝟎.𝟓𝟏𝟕(𝟓𝟔)
= 𝟒𝟒𝟔𝟒. 𝟐𝟖
Errores absoluto y porcentual
Evento 1 Evento 1
%E=6.95% %Exactitud=93.04%
Evento 2 Evento 2
%E=2.18% %Exactitud=97.82%
Evento 3 Evento 3
%E=9.09% %Exactitud=90.90%
Evento 4 Evento 4
%E=6.67% %Exactitud=93.33%
Tabla 2: Determinacion del cambio de entalpia en la evaporizacion del agua.
No. De evento No. De
vueltas
Magua (kg) Q (J) Hfg (J/kg)
1 11 497.8 30250 60.767
2 5 487.8 13750 28.187
3 6 477.8 16500 34.533
4 5 667.8 13750 20.589
5 5 657.8 13750 20.903
promedio Hfg=32.9958
(J/kg)
Sustituyendo valores obtenemos:
Q=KN Hfg=
𝑸
𝒎
Qf1=2750(11)=30250 Hfg1=30250/497.8=60.767
Qf2=2750(5)=13750 Hfg2=13750/487.8=28.187
Qf3=2750(6)=16500 Hfg3=16500/477.8=34.533
Qf4=2750(5)=13750 Hfg4=13750/667.8=20.589
Qf5=2750(5)=13750 Hfg5=13750/657.8=20.903
Pamb=56.5 mm Hg
P=ρHg gh (Pa)
P=13600(9.78)(0.565)
P=75149.52
Error absoluto y porcentual
Evento 1 Evento 1
%E=7.55% %Exactitud=92.44%
Evento 2 Evento 2
%E=50.11% %Exactitud=49.88%
Evento 3 Evento 3
%E=38.87% %Exactitud=61.12%
Evento 4 Evento 4
%E=63.0% %Exactitud=36.99%
Evento 5 Evento 5
%E=63.5% %Exactitud=36.5%
Para sacar el valor de la entalpia de vaporización del agua interpolamos:
De las tablas:
P (Pa) hf
𝑲𝑱
𝒌𝒈
75000 384.44
75149.52 hx
100,000 417.51
 Por triángulos semejantes:
100,000
75149.52
75000
384.44 h x
417.51
hf
𝑲𝑱
𝒌𝒈
𝟏𝟎𝟎, 𝟎𝟎𝟎 − 𝟕𝟓, 𝟎𝟎𝟎
𝟕𝟓𝟏𝟒𝟗. 𝟓𝟐 − 𝟕𝟓, 𝟎𝟎𝟎
=
𝟒𝟏𝟕. 𝟓𝟏 − 𝟑𝟖𝟒. 𝟒𝟒
𝒉𝒙 − 𝟑𝟖𝟒. 𝟒𝟒
hx=
(𝟒𝟏𝟕.𝟓𝟏−𝟑𝟖𝟒.𝟒𝟒)(𝟕𝟓𝟏𝟒𝟗.𝟓𝟐−𝟕𝟓𝟎𝟎𝟎)
(𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎−𝟕𝟓𝟎𝟎𝟎)
+ 𝟑𝟖𝟒. 𝟒𝟒
hx= 384.6377851 (
𝒌𝑱
𝒌𝒈
)
hx= 384637.7851 (
𝐽
𝑘𝑔
)
ANALISIS DE RESULTADOS.
Para la determinación de la capacidad térmica específica del agua, se realizaron
diferentes cálculos donde los resultados obtenidos fueron muy buenos ya que
tuvimos un porcentaje de exactitud muy alto, para el evento 1 el
%Exactitud=93.04%, evento 2 el %Exactitud=97.82%, evento 3 el
%Exactitud=90.90%, el evento 4 el %Exactitud=93.33%, los resultados muestran
un porcentaje de más de 90% lo que representa que se consiguieron los objetivos
esperados. En Determinación del cambio de entalpia en la evaporización del agua
los resultados fueron lo contrario, solo el primer evento represento un porcentaje
de precisión alto (%Exactitud=92.44%), pero los siguientes eventos 2, 3,4 y 5
tuvieron % exactitud de 48.88%, 61.12%, 36.99%, 36.5%, respectivamente,
bajaron y por lo tanto el porcentaje de error subió, a pesar de ello si se cumplió el
objetivo planteado.
CONCLUSIÓN.
Desde hace algunos meses hemos estado en contacto con el uso de tablas
termodinámicas y hemos estado utilizándolas por energía interna entalpia de
vaporización presión temperatura etc. Aquí sacamos la entalpia de vaporización
interpolando y usando valores de tablas y simplemente nos damos cuenta de la
energía necesaria para llegar a la fase gaseosa afortunadamente no tuvimos
ninguna complicación por el uso del material del termo o de la resistencia.
En lo personal siento que esta práctica es muy útil para el uso de tablas
termodinámicas ya que es una herramienta básica en la materia.
Valor de la entalpia de
evaporización del agua a
presión de 75149.52 Pa.
Previo Practica 8
1.- Escriba la ecuación de la primera ley de la Termodinámica para sistemas
abiertos y explique cada uno de sus términos
Q= energía en forma de calor
W=trabajo
M=masa en el flujo
2.-Escriba la ecuación de continuidad y diga sus unidades en el SI
Que es la ecuación de continuidad y donde:
• S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del
conducto.
•v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería.
3 haga un clasificación de bombas diga cuáles son sus características y
explique cuál es la diferencia entre una bomba centrifuga y una de
desplazamiento positivo.
Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico, en las que el principio de
funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de
presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su
volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de
manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan
bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada
se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar,
entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas
pueden subdividirse en • Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o
varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo
o de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontínuo y
los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran
alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba
alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de
accionamiento axial. • Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que
una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan
desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta
presión) de la máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba
de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la
bomba peristáltica. Bombas rotodinámicas, en las que el principio de
funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la
máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o
varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el
fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es contínuo. Estas
turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en: • Radiales o
centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al
eje del rodete impulsor. • Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los
álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. • Diagonales o
helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre
las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.
4.- Qué diferencias hay entre la ecuación de bernulli y la primera ley de la
termodinámica aplicada a un sistema abierto
Que en la ecuación de bernulli la variación de temperatura es despreciable ni se
quita calor al sistema, lo considera incompresible y no hay trabajo de flecha
Para un sistema abierto ¿Que es el régimen permanente, el estado estacionario,
el estado y el flujo unidimensional
-régimen permanente: las propiedades del fluido permanecen
constantes cuando este fluye a través del sistema
.estado estacionario-Cuando las propiedadescuando las propiedades
en una posición en las fronteras del volumen de control son
constantes respectoal tiempo.
-estado estable es un procesoen el que las propiedadesen cada
punto del volumen de control se mantienen constantes con el tiempo.
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
Practicas finales
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Practicas finales
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Practicas finales
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  • 1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA TERMODINÁMICA GRUPO 17 PROFESOR GENARO MUÑOZ HERNÁNDEZ FUENTES MÁRQUEZ MARCO IVAN PRACTICAS DEL SEMETRE
  • 2. Practica #1 Densidad de sólidos y líquidos Cuestionario Previo 1.-¿Cuáles son las unidades fundamentales del sistema internacional de unidades? El S.I. define 7 unidades básicas o fundamentales las cuales son descritas por una definición operacional y son independientes desde el punto de vista dimensional. Todas las demás unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas se pueden derivar de estas unidades básicas y se conocen como unidades derivadas 2.- Mencione y explique cuáles son las características estáticas y dinámicas de un sistema de medición Estáticas: Exactitud y precisión: en el campo de las mediciones estos dos conceptos son completamente diferentes. Se dice que el valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor. Linealidad: los instrumentos se diseñan de forma que tengan una respuesta lo mas lineal posible, es decir que para un determinado incremento del parámetro que estamos midiendo, el desplazamiento correspondiente del indicador sea siempre el mismo independientemente de la posición de este.
  • 3. Sensibilidad: Es la reacción entre la Respuesta del instrumento (número de divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad que estamos midiendo. Reducción: Es el menor incremento de la variable bajo medición que puede ser detectado con certidumbre con dicho instrumento. Gama y Escala: La gama de un instrumento se define como la diferencia entre la indicación mayor y y la menor que puede ofrecer el instrumento. La gama puede estar dividida en varias escalas o constar de una sola. Dinámicas Error dinámica: Se define como la diferencia entre la cantidad indicada en un instante de tiempo dado y el verdadero valor del parámetro que esta midiendo. Tiempo de respuesta: Es el tiempo transcurrido entre la aplicación de una función escalón y el instante en que el instrumento indica un cierto porcentaje del valor final. Tiempo nulo: Es el tiempo transcurrido desde que se produce el cambio brusco a la entrada del instrumento hasta que alcanza el 5% del valor final. Sobrealcance: En los instrumentos con aguja indicadora, la deflexión se produce debido a que se aplica una fuerza en la parte móvil, dicha parte tiene una masa por la que al aplicar fuerza se origina un momento que puede llevar a la aguja más allá del valor correspondiente, la diferencia entre el valor máximo y el valor final se denomina sobrealcance. 3.- Defina y explique que es una medición directa e indirecta Directa: La medida o medición directa es cuando se obtiene con un instrumento de medida que compara la variable a medir con un patrón. Así, si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador; comparando la longitud del objeto con la longitud del patrón marcado en el calibrado, haciéndose la comparación distancia-distancia. Medición indirecta ES aquella en la que una magnitud buscada se estima midiendo una o más magnitudes diferentes y se calcula la magnitud buscada mediante el cálculo a partir de la magnitud o magnitudes directamente medidas. 4.- explique que es un error de una medición directa indicada
  • 4. En la medición directa encontramos los errores sistemáticos relacionados con la destreza del operador con esto encontramos el error de paraje, este error tiene que ver con la postura que toma el operador para tomar la lectura de medición. Y por otro lado tenemos los errores ambientales y físicos al cambiar las condiciones climáticas, están afectan las propiedades físicas de los instrumentos: dilatación, resistividad, conductividad, etc. En cuanto a la medida indirecta encontramos el error de lectura mínima cuando la expresión numérica de la medición resulta estar entre dos marcas de la escala. El error de cero es el error propiamente de los instrumentos con el medio ambiente. Error absoluto, se obtiene de la suma de los errores de instrumento y el aleatorio. 5.- defina y explique el concepto de incertidumbre de un conjunto de mediciones de una cantidad física La incertidumbre de una medición es la duda que existe respecto al resultado de dicha medición. Aunque se cree que muchas mediciones son veraces, toda medición aun la más cuidadosa, tiene un margen de duda, por lo tanto para cualquier medición necesitamos conocer el margen de error; necesitamos dos números para cuantificar una incertidumbre, uno es el ancho de este margen llamado intervalo, el otro es el nivel de confianza, el cual establece que tan seguros estamos del valor verdadero dentro de este margen. 5.-explique cómo se obtiene la mejor recta de un conjunto de datos experimentales empleando el método de mínimos cuadrados. Una recta que mejor se ajusta es una línea recta que es la mejor aproximación del conjunto de datos dado, es usada para estudiar la naturaleza de la relación entre dos variables, la forma mas precisa es utilizando el método de mínimos cuadrados el cual es el siguiente. 1) Calcule la medida de los valores de “x” y los valores de “y” 2) Relaize la suma de los cuadrados de los valores de “x” 3) Realice la suma de cada valor de “x” multiplicando por su valor correspondiente “y” 4) Calcule la pendiente de la Recta usando la formula M= ∑ 𝒙𝒚− ∑ 𝒙∗∑ 𝒚 𝒏 ∑ 𝑥 2 − ∑ 𝑥 2 𝑛 n es el numero total de puntos dados
  • 5. 5) Calcule la intersección en y de la recta usando la formula B=y-mx donde x,y son medidas de las coordenadas de x,y de los puntos 6) Use la pendiente y la intercepción en y para formar la ecuación de la recta. 7.- Defina matemáticamente la densidad y explique el concepto físico La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia, la densidad medida es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa D= 𝒎 𝑽 Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso gases es la medida del grado de compactación de un material. La densidad es una medida de cuanta materia se encuentra comprimida en un espacio determinado es la cantidad de masa por unidad de volumen. 8.- defina matemáticamente el peso específico y explique el concepto físico V=D/v=mg/v Se denomina peso específico al consiente entre su peso y el peso de un volumen equivalente siendo un valor adimensional es una propiedad intrínseca y constante 9.- defina matemáticamente el volumen específico y explique el concepto físico el volumen específico de una sustancia es la relación del volumen de la sustancia a su masa. Es el recíproco de la densidad y es una propiedad intrínseca de la materia: Volumen específico de un gas ideal también es igual a la constante de gas multiplicado por la temperatura y, a continuación dividida por la presión. 10.-Investigue las principales densidades de sólidos, líquidos y gases.
  • 6. Sustancia Densidad media (en kg/m3) y CNPT Brillantina 981 Aceite 920 Acero 7850 Agua destilada a 4 °C 1000 Agua de mar 1027 Aire 1,2 Aerogel 1-2 Alcohol 780 Magnesio 1740 Aluminio 2700 Asfalto 2300 Carbono 2260
  • 7. Sustancia Densidad media (en kg/m3) y CNPT Caucho 950 Cobre 8960 Cuerpo humano 950 Diamante 3520 Gasolina 680 Helio 0,18 Hielo 917 Hierro 7874 Hormigón armado 2400-2500 Madera 600 - 900 Mercurio 13580 Oro 19300
  • 8. Sustancia Densidad media (en kg/m3) y CNPT Wolframio 19250 Uranio 19050 Tántalo 16650 Torio 11724 Estaño 7310 Piedra pómez 700 Plata 10490 Osmio 22610 Iridio 22560 Platino 21450 Plomo 11340 Poliuretano 40
  • 9. Sustancia Densidad media (en kg/m3) y CNPT Sangre 1060 - 1088 Tierra (planeta) 5515 Vidrio 2500 - PRÁCTICA 1 “DENSIDAD DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS” OBJETIVOS.  Obtener el mejor valor de la densidad del Mercurio y el Aluminio.  Calcular los respectivos porcentajes del error de exactitud y de precisión.  Obtener el porcentaje de incertidumbre de la densidad que sea factible. BASE TEÓRICA Y/O ANTECEDENTES. Densidad: La densidad es una medida utilizada para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. La ciencia establece dos tipos de densidades. La densidad absoluta o real que mide la masa por unidad de volumen y la densidad relativa o gravedad específica que compara la densidad de una sustancia con la del agua. La densidad absoluta 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).   m V Puedes medir fácilmente la masa de un sólido o líquido mediante una balanza, y encontrar el volumen de un líquido con un cilindro graduado.
  • 10. Principio de Arquímedes: Este principio establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, llamada empuje, cuyo valor es igual al peso del fluido desalojado y cuya línea de acción pasa por el centro de gravedad del fluido desalojado. Así, si un cuerpo de volumen V se encuentra totalmente sumergido en un líquido de densidad , el empuje que experimenta el cuerpo es E gV Al medir, siempre existirá algún porcentaje de error, es por eso que se necesita tener la mayor exactitud y/o precisión para tener el menor error posible. Exactitud y Precisión: Estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. Se dice que el valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor. El porcentaje de error: en los laboratorios se utiliza para medir la precisión y exactitud de los valores obtenidos durante un experimento. Se calcula con la fórmula: porcentaje de error igual al valor teórico menos el valor experimental dividido entre en valor teórico multiplicado por 100. Al obtener los resultados siempre se tiene una incertidumbre respecto al valor obtenido. Incertidumbre: Es la cuantificación de la duda que se tiene sobre el resultado de una medición. Cuando sea posible, se trata de corregir los errores conocidos por ejemplo, aplicando las correcciones indicadas en los certificados de calibración. Pero cualquier error del cual no se conozca su valor, es una fuente de incertidumbre. La incertidumbre de una medición es la duda que existe respecto al resultado de dicha medición. MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).  2 balanza de triple brazo (2610g)  1 vaso de precipitados de 100mL  1 vaso de precipitados de 400mL  2 pinzas de sujeción de tres dedos  20 cm3 de mercurio  1 bureta de 50mL  1 soporte universal  1 jeringa (sin aguja)  1 cilindro de aluminio  1 calibrador Vernier de metal.
  • 11. DESARROLLO.  ACTIVIDAD 1.- “Características estáticas de un instrumento de medición”. En esta actividad analizamos las características estáticas de los instrumentos de medición que utilizamos en esta práctica. Posteriormente tomamos nota de los mismo con los cuales llenamos la tabla 1 (Ver tabla en la sección de resultados)  ACTIVIDAD 2.- “Densidad de un líquido (mercurio)”. En esta actividad como primer paso colocamos la balanza sobre una superficie nivelada con el objetivo de ajustarla a cero. Posteriormente colocamos sobre ella el vaso de precipitados de 400ml para registrar su masa y nos dispusimos a colocar el sistema por medio del cual el soporte quedara atrás de la balanza a una distancia de aproximadamente 15cm, además colocamos la bureta de forma vertical dentro del vaso de precipitados que colocamos previamente en la balanza a una distancia no mayor a 5cm. Una vez que la bureta estaba lista la ajustamos con las pinzas a la base y soporte verificando que estas no interfirieran con las tomas de lectura de la misma. Una vez que colocamos el sistema correctamente y con ayuda de la jeringa proseguimos a succionar la mayor cantidad de mercurio dentro de esta para posteriormente verterla en la bureta tomando lecturas de la cantidad de mercurio que se almaceno en la bureta. Una vez que vertimos un aproximado de 20 cm3 de mercurio abrimos con cuidado la válvula de la bureta para dejar caer al vaso de precipitados pequeñas cantidades de 2ml de mercurio aproximadamente, registramos los datos obtenidos tanto en la balanza como en la bureta y así sucesivamente repetimos el paso 5 veces tomando todos los datos y llenamos la tabla 2. (Ver tablas de datos en la sección de resultados) Con los datos que obtuvimos realizamos la gráfica de masa contra volumen y aplicando el método de mínimos cuadrados nos fue posible interpretar los términos obtenidos en la recta de la gráfica mencionada anteriormente. (Ver gráfica en sección de resultados)  ACTIVIDAD 3.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y precisión de las mediciones hechas para obtener la densidad del mercurio” Con los datos obtenidos de la actividad anterior nos fue posible calcular los porcentajes requeridos en esta actividad. (Ver en la sección de resultados)
  • 12.  ACTIVIDAD 4.- “Del modelo matemático obtenido en la actividad anterior, determine densidad, volumen específico, densidad relativa, modulo del peso y modulo del peso específico de la sustancia” Una vez realizados los cálculos para obtener los valores requeridos en esta actividad llenamos la tabla 3 expresando las cantidades en el sistema internacional de unidades.  ACTIVIDAD 5.- “Obtener la densidad de un sólido (aluminio) a partir de la definición de su modelo matemático” Como primer paso en esta actividad colocamos la segunda balanza sobre una superficie nivelada para lograr ajustarla a cero. Posteriormente colocamos el cilindro de aluminio sobre la balanza para registrar su masa, una vez pesado y con ayuda del vernier tomamos registro de sus medidas interiores y exteriores (altura y diámetro). Con los resultados obtenidos llenamos la tabla 4. (Ver tabla en la sección de resultados)  ACTIVIDAD 6.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y precisión de las mediciones hechas para obtener la densidad del aluminio y el porcentaje de incertidumbre del aluminio” Con los resultados que registramos en la tabla nos fue posible buscar los porcentajes de error requeridos en esta actividad. (Ver en sección de resultados) RESULTADOS. ACTIVIDAD 1.- “Características estáticas de un instrumento de medición”. TABLA 1. INSTRUMENTO RANGO RESOLUCION LEGIBILIDAD Bureta 0-2610g 0.1g Buena Balanza de T.B 0-50ml 0.1ml Buena Vaso de P. 0-400ml 50ml Buena Vaso de P. 0-100ml 20ml Buena Vernier 0-19cm 0.01mm Regular ACTIVIDAD 2.- “Densidad de un líquido (mercurio)”. TABLA 2. Lectura Volumen (m^3) Masa (kg) 1 0.0000022 0.029
  • 13. 2 0.000004 0.0535 3 0.000006 0.0805 4 0.000008 0.1075 5 0.00001 0.1363 6 0.000012 0.162 7 0.000014 0.1885 CALCULOS POR EL METODO DE MÍNIMOS CUADRADOS. Aplicando el método de mínimos cuadrados para su interpretación lineal de los resultados con las ecuaciones del método establecido: Se tiene que el modelo matemático de la densidad del mercurio es: y = mx + b m = M (v) +m0 M la masa, V el volumen obtenido en el laboratorio y m0 el primer valor de la masa M es la pendiente a la recta, y en este resultado es la densidad del mercurio. M= 13561.1 m0= -0.000690741 por lo que el modelo matemático es: m = 13561.1 (v) + (-0.000690741) [kg] GRÁFICA.
  • 14. Densidad del mercurio M= 13561.1 (KG/m^3) Promedio de masas = 0.1080 (kg) Promedio de volúmenes = 0.000008028571 (m^3) Densidad del mercurio promedio = 13451.958 (kg/m^3) ACTIVIDAD 3.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y precisión de las mediciones hechas para obtener la densidad del mercurio”  Porcentaje de error de exactitud: | 𝑽𝑻−𝑽𝑬 𝑽𝑻 | 𝑿 𝟏𝟎 %EE=| 13600−13561.1 13600 | X 100 = 0.28%  Para sacar la exactitud: %E=100-%EE %E=100-0.28= 99.72%  Porcentaje de error de precisión: 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 −𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠𝑎𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜𝑑𝑒𝑙𝑎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 X 100
  • 15. %EP=| 13561.1−13630 13561 .1 | 𝑋 100 = 0.50%  Para sacar la precisión: %P=100-%EP %P=100-0.086= 99.5%  Porcentaje de incertidumbre: E=ValorMedido-ValorReal 13561.1-13600= -38.9 ACTIVIDAD 4.- “Del modelo matemático obtenido en la actividad anterior, determine densidad, volumen específico, densidad relativa, modulo del peso y modulo del peso específico de la sustancia” TABLA 3. Densidad d= 13561.1 (kg/m^3) Densidad Relativa δ= 13.5611 (1) Volumen específico v= 7.374e-5 (m^3/kg) Peso W= 1.84353 (N) Peso específico = 132627.55 (N/m^3) ACTIVIDAD 5.- “Obtener la densidad de un sólido (aluminio) a partir de la definición de su modelo matemático” TABLA 4. LECT. DIAM. EXT. (m) DIAM. INT. (m) ALTURA (m) MASA (kg) VOL. (m3) DENSIDAD (kg/m3) 1 0.038 0.0035 0.019 0.058 2.13x10^-5 2723.004 2 0.038 0.004 0.019 0.0579 2.12x10^-5 2718.309 3 0.038 0.004 0.019 0.0579 2.12x10^-5 2718.309 4 0.038 0.0035 0.019 0.0579 2.13x10^-5 2723.004 PROM. 0.038 0.00375 0.019 0.0579 2.13X10^-5 2720.6565
  • 16. Densidad del aluminio= 2700 ACTIVIDAD 6.- “Calcular los porcentajes de error de exactitud y precisión de las mediciones hechas para obtener la densidad del aluminio y el porcentaje de incertidumbre del aluminio”  Porcentaje de error de exactitud: | 𝑉𝑇−𝑉𝐸 𝑉𝑇 | 𝑋 100 %EE=| 2700 −2720.6565 2700 | X 100 = 0.76%  Para sacar la exactitud: %E=100-%EE %E=100-0.76= 99.24%  Porcentaje de error de precisión: 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 −𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑚𝑎𝑠𝑎𝑙𝑒𝑗𝑎𝑑𝑜𝑑𝑒𝑙𝑎𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 X 100 %EP=| 2720 .6565−2718 .309 2720 .6565 | 𝑋 100 = 0.086%  Para sacar la precisión: %P=100-%EP %P=100-0.086= 99.914%  Porcentaje de incertidumbre: E=ValorMedido-ValorReal 2720.6565-2700= 20.6565 ANALISIS DE RESULTADOS. Respecto al aluminio: Con base a la tabla y al experimento en el cual se obtuvieron varias lecturas para calcular la densidad, se obtuvo un valor muy cercano, excediéndose en 20.6565 al valor real de la densidad que es 2700 kg/m3, por lo que las mediciones fueron hechas correctamente. Sin embargo debido a los errores en los instrumentos (balanza y vernier), principalmente al momento de calibrar la balanza y en el momento de observar y tomar los datos de cada una de las lecturas, es decir, errores humanos, es por eso que se obtuvo un valor
  • 17. promedio de todas las lecturas de 2720.6565. Obteniendo un error de precisión y exactitud de 0.086 y 0.76 respectivamente. Calculando el margen de precisión y exactitud respecto el 100% como base estuvimos en el rango de 99.914% y 99.24% por lo que no estuvimos tan alejados del valor real de la densidad. Los valores que se mantuvieron constantes son diámetro exterior y altura, para el diámetro interior variaron los valores de 0.0035 a 0.004 estando dentro de este rango los demás valores debido al orificio que estaba dentro del cilindro de aluminio que no estaba completamente circular. En el caso de la masa los valores variaron de 0.0579 a 0.058 kilogramos respectivamente, para lo cual pudimos calcular los valores de volumen y densidad que de igual forma no variaron mucho, es decir, de 2.12x10-5 a 2.13x10-5 m3 en volumen y de 2718.309 a 2723.004 kg/m3 en densidad. Obteniendo así los valores promedio de cada uno de los rubros que necesitábamos para calcular el volumen y densidad. Respecto al mercurio: En este experimento en el cual se obtuvieron varias lecturas para obtener la densidad del mercurio, se obtuvo un valor muy parecido al valor real de la densidad del mercurio, obteniéndose un valor de 13561.1 (kg/m^3) sobre el valor de 13600 (kg/m^3), por lo que creemos que las mediciones las hicimos de manera adecuada y casi sin errores ya que es menos del 1% de error de precisión. Pero principalmente los errores se encuentran en nuestros instrumentos de medición como lo son la balanza, la bureta y el vaso de precipitados, los cuales son un poco difíciles de maniobrar principalmente al momento de calibrar la balanza y en el momento de observar y tomar los datos de cada una de las lecturas, es decir, errores humanos, por los que se obtuvieron un error de precisión y exactitud de 0.28 y 0.50 respectivamente. Calculando el margen de precisión y exactitud respecto el 100% como base estuvimos en el rango de 99.72% y 99.50% por lo que no estuvimos tan alejados del valor real de la densidad del mercurio. En los valores de las mediciones del volumen es muy impreciso usar una bureta, por lo que el primer valor fue de 2.2 ml en lugar de 2.0, y por consiguiente el segundo valor neto del volumen en la segunda medición tuvo que ser de 1.8 ml para poder promediar los valores a 2 ml por lectura.
  • 18. Pero al final de todos los valores no afecto este error de uso de la bureta en los resultados, concluyendo así el valor muy cercano al real obtenido. CONCLUSIÓN La densidad es una propiedad que tenemos presente en cada aspecto de la vida desde el aceite de los autos, hasta la densidad de un barco para asegurar que flote es por ello que es un tema de suma importancia, en esta ocasión los objetivos se cumplieron totalmente ya que gracias a lo antes realizado logramos medir satisfactoriamente la densidad de dos sólidos para después compararlo con los datos teóricos que tenemos en los libros dándoles un significado de porque se comportan así y que cambios pueden tener a su vez, fue importante saber qué tipos de error se pueden generar en una medición para tratarlos de reducir y esto siempre va a fallar como nos acaba de suceder pero fue una muy buena aproximación por lo que estamos satisfechos con los resultados. Y no solo dar por sentado que esa es la densidad del metal en este caso si no saber de dónde viene y como se comparta para cada elemento, por ello podemos concluir que la práctica se cumplió todo el aprendizaje esperado.
  • 19. Practica 2 cuestionario Previo 1.-Defina presión, presión absoluta y presión relativa La presión se define como fuerza por unidad de área. Para describir la influencia sobre el comportamiento de un fluido, usualmente es más conveniente usar la presión que la fuerza. La unidad estándar de presión es el Pascal. Presión manométrica: indica la diferencia entre la presión de un punto determinado del flujo y la presión atmosférica, esta presión se aplica cuandola presión es superior a la atmosférica. Presión absoluta: presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas. Presión relativa: esta se mide en relación a la presión atmosférica, su valor cero corresponde al valor de la presión absoluta. Esta mide entonces la diferencia existente entre la presión atmosférica determinado y lugar y la presión absoluta. Presión vacuometrica: se mide por debajo de la presión atmosférica porque se le conoce como presión de vacío. 2.- ¿Qué es la presión atmosférica y como se mide? Es atmosfera es una capa de aire construida por el 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y el 1% de otros gases poco comunes. Debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con el, por lo que se llama presión atmosférica la presión atmosférica varia con la altura, por lo que a nivel dl mar tiene su máximo valor a presión normal, equivalente a 760 mm de hg en el DF el valor de la presión es de 586 mm de Hg. La presión atmosférica no puede calcularse fácilmente pero si con la ayuda de un barómetro. Toricelli fue el primero en construir un barómetro en el año de 1642. 3.- ¿qué es una propiedad extensiva y que es una propiedad intensiva? ¿En dondeubicas a la densidad, densidad relativa, presión, presión atmosférica, volumen y volumen específico dentro de estas propiedades? Justifique sus respuestas
  • 20. Propiedades extensivas? Son las que dependen de la cantidad de sustancia del sistema, por tanto depende del “tapromaño” del sistema tiene la propiedad de ser aditiva en el sentido de que si se divide el sistema en dos partes el valor de la magnitud extensiva para el sistema completo es la suma de los valores de dicha magnitud para cada una de las partes. En general el cociente entre dos magnitudes extensivas nos da una magnitud intensiva. Ejemplo masa y volumen nos da densidad. Propiedad intensiva: Son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia o de tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al subdividir el sistema inicial en varios subsistemas, por este Presión motivo no son propiedades aditivas. Ejemplos de estas propiedades: temperatura, presión, velocidad, volumen especifico, punto de ebullición, punto de fusión, densidad. Densidad: es intensiva ya que depende de dos intensivas Densidad relativa: intensiva Presión: propiedad intensiva Presión atmosférica intensiva Volumen: propiedad extensiva Volumen específico: propiedad intensiva: ( 4.- mencione las unidades en que puede expresarse la presión ( al menos 5 unidades distintas) GigaPascal 104 Pa Megapascal 106 pa Kilopascal 103 Pa Pascal N/m2 Sistema centegesimal baria Sistema técnico gravitatorio Kiligramo fuerza por centímetro cuadrado Kgf/cm2
  • 21. Sistrma ingles libra fuerza sobre pulgada cuadrada lbf/in2 Ksi =100 psi Atmosfera 101325 pa =1013.25 mb =760 mm Hg 5.-¿Que es un fluido? ¿Mencione al menos 10 de sus propiedades? Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas solo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluido pueden cambiar de forma sin que aparezcan en sin ser restrictorias tienden a recuperar la forma original Propiedades primarias o termodinámicas: Presión, energía interna, calor especifico, densidad, entalpia, viscosidad, temperatura, entropía, peso y volumen especifico. Propiedades secundarias: CAracteristicas en el comportamiento especifico de los fluidos Viscosidad, conductividad térmica, tensión superficial, compresibilidad, capilaridad. 6.-Mencione 5 instrumentos para medir la presión y explique brevemente su funcionamiento: Barómetro:intrumento que mide la presión atmosférica, la cual es el peso por unidad de superficie ejercida por la atmosfera, uno de los barómetros mas conocidos es el de mercurio Manometro: mide la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados, se distinguen dos tipos de manometros según se emplean para medir la presión de liquidos o de gases. Tubo de pitot se utiliza para calcular la presión total o de estancamiento, presión remanente (suma de la presión estaica y presión dinámica). Mide la velocidad en un punto dado de la corriente. Tubo de bourdon: tubo de sección eliptica que forma un anillo casi completo, la presión tiende a enderezarlo y su movimiento se transmite a la aguja por medio de un sector dentado y un piñon, siguiendo una ley determinada empíricamente, la aguja indicadora con un dia indica el valor de la presión.
  • 22. Neumáticos como elementos neumáticos los instrumentos neumáticos cuya variable de medida es la presión adecuada al campo de medida correspondiente. 7.- de el valor de la presión atmosférica en las siguientes unidados, plaay des becas tabaxco y distrito fereral experimente su resultdo en mm de mercudio y pascales Playa dos becas 760 mm de hg Tabasco no especifica zona Distrito federal 580m mm de hg 77.372 77327p 8.- La pregunta numero 8 era una rerecion lineal por lo que no la realizese mehace a vecer repetitvo de que estar haciendo siempre eso o las han de rotar mas o menos seguido 9 Escriba la ecuación que describe la variación de l precion para un fluido que se encuentra estatico y expliquecada uno de sis trminos PFE= pgh P=densidad G gravedad en la ubicación experimental H altura del fluido en el experimento 10) describa la ecuación que relaciona a la presión absoluta on la presión ambiente y con la presión relativa La presión se mide como la suma de la presión atmosférica mas la presión manométrica (lectura tomada con el manómetro)
  • 23. PRÁCTICA 2 “PRESIÓN” OBJETIVOS: 1. El instructor del laboratorio desarrollara los conceptos de presión absoluta y presión relativa empleando el equipo e instrumental propuesto. 2. Los alumnos del grupo, con la orientación del instrumento propondrán el protocolo de la sesión experimental, desarrollar empíricamente el modelo matemático, ecuación del gradiente de presión gravitacional en estáticos. 3. El instructor de laboratorio desarrollará el concepto de presión atmosférica, empleando el equipo e instrumental propuesto para reproducir el experimento de Torricelli dando a los alumnos indicadores y técnicas para su realización. 4. Los alumnos de cada equipo de trabajo obtendrán el mejor valor de la presión atmosférica calculando los porcentajes de error de exactitud y precisiónde las mediciones hechas, como la incertidumbre en presión que sea factible. Material: • 2 soportes universales • 2 pinzas de sujeción de 3 dedos • 2 jeringas de vidrio • 3 masas de diferente granaje • Hilo para sujeción de émbolo • 2 unidades de manguera de látex de 1/2m • 2 manómetros en U • Anticongelante
  • 24. DESARROLLO: Colocar los pesos en las jeringas. Sumergir la campana de vidrio que está conectada al manómetro en U en agua a diferentes profundidades cada 0.5cm en un rango de 0 a 5cm, con el fin de obtener la relación de la presión que indica el manómetro con la profundidad. Sumergir la campana de vidrio en agua, anticongelante y mercurio a una profundidad de 0.5cm para obtener la relación de presión a una profundidad de 0.5cm para obtener la relación de presión. RESULTADOS. Sabiendo que: Prel(man)= ρgΔl Patm= (13600)(9.78)(0.565)=75149.52Pa Pabs= Patm+Prel Si: g=9.81 m/s² ρ(anticongelante)=1190 kg/m³ ρ(agua)= 1000 kg/m³ ρ(Hg)= 13600 kg/m³ TABLA 1 (Anticongelante).
  • 25. TABLA 2 (Agua). EVETO h (m) Δl (m) Prel (Pa) Pabs (Pa) 1 0.00 0.00 0.00 75149.52 2 0.01 0.013 127.53 75277.05 3 0.02 0.020 196.20 75345.72 4 0.03 0.027 264.87 75414.39 5 0.04 0.039 382.59 75532.11 75100 75200 75300 75400 75500 75600 75700 75800 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 p(Pa) h(m) EVENTO h (m) Δl (m) Prel (Pa) Pabs (Pa) 1 0.00 0.00 0.00 75149.52 2 0.01 0.010 116.7390 75266.259 3 0.02 0.013 151.7607 75301.280 4 0.03 0.019 221.8000 75371.320 5 0.04 0.032 373.5648 75522.884 6 0.05 0.040 466.9560 75616.476 7 0.06 0.053 618.7167 75768.236
  • 26. TABLA 3 (Mercurio). EVENTO h (m) Δl (m) Prel (Pa) Pabs (Pa) 1 0.00 0.00 0.00 75149.52 2 0.01 0.0520 6937.63200 82087.15200 3 0.02 0.2147 28644.4152 103793.9352 4 0.03 0.3470 46295.3200 121444.8400 75100 75150 75200 75250 75300 75350 75400 75450 75500 75550 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 p(Pa) h(m)
  • 27. EXPERIMENTO DE TORRICELLI. Sabiendo que: Patm= ρHGgh Si: ρHg= 13600 kg/m³ g=9.81 m/s² h(experimental)= 0.585 m Sustituyendo en la ecuación: Patm= (13600)(9.81)(0.585) Patm= 78048.36Pa Porcentaje de error: | 𝑽𝑻−𝑽𝑬 𝑽𝑻 | 𝑿 𝟏𝟎𝟎 %EE=| 75149.52 −78048 .36 75149.52 | X 100 = 3.85% 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 p(Pa) h(m)
  • 28. EVENTO h(m) Patm (cmHg) Patm (Pa) %ERROR 1 0.585 58.54 78048.36 3.85 Conclusión: Es súper importante poder identificar alguna sustancia o solido por su densidad tenemos, la bondad de que no cambia con la cantidad de masa que tiene dentro el sistema; la practica cumplió su objetivo y os enseño a utilizar la ecuación de gradiente de presión y en lo personal no da la posibilidad de utilizar en la resolución de problemas con un método establecido con los conocimientos ya antes dados en la teoría es por ello que fue muy buena la practica e interesante.
  • 29. Previo practica #3 1.- Explique la ley cero de la termodinámica Establece que si un cuerpo a se encuentra a la misma temperatura que el cuerpo b y ese tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo c entonces el cuerpo a, el b y el c están en equilibrio térmico. Es decir los cuerpos a, b y c tendrán igual temperatura. 2.- ¿que es la temperatura desde el punto de vista de la termodinámica clásica? Es una medida utilizada por la física y la química que expresa el grado de calor de un cuerpo o del ambiente. La temperatura de un sistema es una propiedad termodinámica y como tal su valor puede medirse. 3.- Explique si la temperatura es una propiedad intensiva o extensiva? Es una propiedad intensiva ya que no depende de la materia 4.-¿Que es una propiedad termométrica? Cualquier propiedad física que varía con la temperatura (presión de un gas, longitud de una varilla de metal) 5.-Defina el principio de equilibrio térmico Si dos o ms cuerpos se encuentran a diferente temperatura y son puestos en contacto pasado cierto tiempo alcanzaran la misma temperatura por lo que estarán térmicamente equilibrados. 6.-¿Qué es el cero absoluto de la temperatura? Es la temperatura más baja posible. Teóricamente las partículas subatómicas perderían toda su energía, por lo que los electrones y protones se unirían en una “sopa cuántica”, esta temperatura es de -273.15° C o 0° K 7.- Explique cuáles son las escalas de temperatura absolutas y porque se llaman así Es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluta 8 incluye cuales son las escalas de temperatura empíricas y porque se llaman así Para establecerla se debe tener Un cuerpo termométrico, un punto de partida y una unidad (magnitud)
  • 30. 9.- Defina calor e indique sus unidades en el SIU Transferencia de energía que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentra a distintas temperaturas, su unidad es el joule, 1 caloria=4.18 j 10 Porque no conviene hablar de la cantidad de calor obtenido en un cuerpo Porque el calor es una energía en tránsito que aparece producto de una diferencia de temperaturas entre los sistemas, un cuerpo no almacena calor pue esta energía aparece recién cuando hay dos o ms sistemas a distintas temperaturas.
  • 31. PRÁCTICA 3 “TEMPERATURA” OBJETIVOS.  Comprender el fundamento termodinámico de la medición de la temperatura.  Construir la curva de calentamiento del agua.  Obtener mediciones de temperatura con tres termómetros distintos y para cada uno determinar:  Rapidez de respuesta  Facilidad de lectura  Rango. BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES. Temperatura Definir la temperatura no es una cosa sencilla, frecuentemente se dice que la temperatura es una propiedad termodinámica intensiva que ayuda a clasificar a los sistemas como calientes o fríos. Esta forma de definir a esta propiedad en ocasiones es confusa y ambigua. Sin embargo, podemos decir que la temperatura es la propiedad termodinámica que se encuentra asociada al equilibrio térmico, o bien, es la propiedad que establece cuando dos o más sistemas que interaccionan entre sí, se encuentra en un estado térmico de equilibrio. Equilibrio Térmico. El equilibrio térmico se presenta cuando dos sistemas, uno a mayor temperatura que el otro, se ponen en contacto; en el sistema de mayor temperatura, al transcurrir el tiempo, su temperatura disminuye y por el contrario, el sistema que inicialmente tenía baja temperatura, aumenta, de tal manera que la diferencia de temperaturas disminuirá. Si ambos sistemas se encontraran aislados del entorno y únicamente se presenta la interacción entre ellos, la diferencia en el valor de sus propiedades disminuirá de tal manera que ambos lleguen a las mismas condiciones, y por tanto a la misma temperatura, en este momento los sistemas se encuentran en Equilibrio Térmico. Ley cero de la Termodinámica, Temperatura Empírica y Calor El principio cero de la termodinámica es una ley fenomenológica para sistemas que se encuentran en equilibrio térmico. Fue formulado por primera vez por Ralph
  • 32. H. Fowler. Constituye una gran importancia experimental pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema pero no lo es tanto para la propia estructura de la teoría termodinámica. El principio establece que existe una determinada propiedad, denominada temperatura empírica, que es común para todos los estados de equilibrio que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado. La ley cero de la termodinámica establece que si un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio térmico. Es decir: los cuerpos A, B y C, tendrán igual temperatura. Si dos o más cuerpos se encuentran a diferente temperatura y son puestos en contacto, pasado cierto tiempo, alcanzarán la misma temperatura, por lo que estarán térmicamente equilibrados. Esta ley de la termodinámica ha sido utilizada en dispositivos como el termómetro para medir temperatura. A pesar de que el termómetro es primitivamente usado desde la época de Galileo, esta ley fue enunciada mucho después. Temperatura empírica La temperatura empírica, es aquella propiedad cuyo valor es el mismo para todos los sistemas que están en equilibrio térmico entre sí. El principio cero trata de la posibilidad de comparar la temperatura de diferentes sistemas. La definición de la temperatura empírica se basa en este principio y establece una escala para la temperatura y de esta forma lo establece como propiedad medible (variable termodinámica). La temperatura empírica es necesariamente una función de otras variables termodinámicas. Esto significa que por definición siempre será posible de identificar los estados termodinámicos de un sistema usando otras variables termodinámicas a parte de la temperatura. Calor El calor se define como la transferencia de energía que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren
  • 33. en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia). La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura. Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del ambiente en la variación de la temperatura de un cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calórico. Este se producía cuando algo se quemaba y, además, que podía pasar de un cuerpo a otro. La teoría del calórico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura que otra, necesariamente, poseía mayor cantidad de calórico. Benjamin Thompson y James Prescott Joule establecieron que el trabajo podía convertirse en calor o en un incremento de la energía térmica determinando que, simplemente, era otra forma de la energía. Termómetros Para conocer la temperatura de un sistema termodinámico se utilizan los instrumentos conocidos como termómetros y cada uno de éstos tiene su principio de operación, se encuentran los siguientes: Termómetro de bulbo con mercurio (comúnmente conocido como termómetro de mercurio): Un termómetro de mercurio es un tipo de termómetro que generalmente se utiliza para medir las temperaturas del material seleccionado. El mercurio de este tipo de termómetro se encuentra en un bulbo reflejante y generalmente de color blanco brillante, con lo que se evita la absorción de la radiación del ambiente. Es decir, este termómetro toma la temperatura real del aire sin que la medición de ésta se vea afectada por cualquier objeto del entorno que irradie calor hacia el ambiente. Termómetro Bimetálico. Están constituidos por un tubo de acero inoxidable en cuyo interior está colocada una espiral helicoidal bimetálica. Dicha espiral esta soldada por un extremo a la parte inferior del tubo y por otra a una varilla de trasmisión, a su vez conectada a una aguja indicadora. Las variaciones de temperatura causan en el bimetal una
  • 34. deformación que, mediante la rotación de la varilla, se transmite a la aguja indicadora situada en la esfera. Termopar. Está basado en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos conductores de metales diferentes o aleaciones de metales diferentes unidos en sus extremos y entre cuyas uniones existe una diferencia de temperatura que origina una fuerza electromotriz, la cual está en función de la diferencia de temperatura entre la unión fría y caliente, pero más específicamente, esta generada como un resultado de los gradientes de temperatura los cuales existen a lo largo de la longitud de los conductores. Escalas de temperatura: Escala Celsius (°C) Escala Fahrenheit (°F) Escala Kelvin (K) Escala Rankine (°R) Rango Es el intervalo que puede medir el termómetro. MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados). INSTRUMENTO IMAGEN
  • 35. 1 Termómetro de Bulbo con Mercurio 1 Termopar de cromel-alumel 1 Termómetro Bimetálico 1 Vaso de precipitado de 250 (ml) 1 parrilla eléctrica 1 Soporte Universal
  • 36. 1 Pinza para Bureta 1 Pinza para Termómetro 1 Agitador Magnético 1 Multímetro digital Hielo DESARROLLO. Actividad 1 Características estáticas de un instrumento de medición  En esta actividad analizamos las características estáticas de los instrumentos de medición que utilizamos en esta práctica. Posteriormente
  • 37. tomamos nota de los mismo con los cuales llenamos la tabla 1 (Ver tabla en la sección de resultados). Actividad 2  Ensamble el equipo tal como se muestra en la figura No. 1, cuidando que los termómetros estén lo más juntos posible sin tocarse entre sí, y sin tocar el recipiente. NOTA: Que el termopar no toque nunca la parrilla ni las paredes de vaso de precipitados. Dejarlos un minuto para que entren en equilibrio térmico.  Tomar las lecturas iniciales de temperatura en cada termómetro  Prender la parrilla a un nivel alto de 9 de calentamiento y agitación media de 5.  Tomar cada medio minuto las lecturas de cada termómetro, hasta que el agua este en ebullición a 92°C  Una vez que el agua ha hervido apagar la parrilla y retirarla con cuidado.  Registrar las lecturas de cada termómetro en una tabla. Actividad 3  Realizar las gráficas y colocar en ellas un diagrama de dispersión y una curva de ajuste por cada termómetro. Actividad 4  Obtener el rango, rapidez de respuesta (sensibilidad) y facilidad de lectura. Actividad 5 Calcular los porcentajes de error de exactitud para cada uno de los termómetros con los valores obtenidos en cada uno de ellos. RESULTADOS. ACTIVIDAD 1 INSTRUMENTOS RANGO RESOLUCION LEGIBILIDAD TERMOPAR 200°C-2000°C 1100°C BUENA T. MERCURIO -20°C-150°C 0.1°C BUENA T. BIMETALICO 0°C-150°C 1°C REGULAR VASO DE PRECIPITADOS 0mL-300mL 50mL BUENA ACTIVIDAD 2 Tiempo (min) T termopar (°C) T bimetálico (°C) T mercurio (°C) 0.5 0 13 0
  • 38. 1.0 0.3 13 0 1.5 1.3 13 0 2.0 2.8 15 2 2.5 7.4 15 6 3.0 3.4 15 10 3.5 8.2 16 16 4.0 7.5 17 16 4.5 13.1 18 17 5.0 16.5 20 18 5.5 19.3 20 18 6.0 24.1 21 22 6.5 30.0 24 28 7.0 38.5 27 37 7.5 44.0 30 44 8.0 51.0 30 52 8.5 60.0 40 60 9.0 66.5 40 67 9.5 74.5 43 74 10.0 81.3 48 80 10.5 88.2 56 86 11.0 92.9 65 92 11.5 92.9 75 92 12.0 93.0 80 93 ACTIVIDAD 3 Utilizando mínimos cuadrados para la obtención de una mejor recta tenemos:  Para el termómetro de mercurio. y=mx+b Dónde: m= 0.15176 ( °𝐶 𝑠 ) y b= -18.43°C Tenemos que: °C= 0.15176 ( °𝐶 𝑠 ) (t)-18.43°C  Para el termopar. Dónde: m= 0.15646 ( °𝐶 𝑠 ) y b= -20.632°C
  • 39. Tenemos que: °C= 0.15646 ( °𝐶 𝑠 ) (t)-20.632°C  Para el termómetro bimetálico. Dónde: m= 0.08723 ( °𝐶 𝑠 ) y b= -1.2587°C Tenemos que: °C= 0.08723 ( °𝐶 𝑠 ) (t)-1.2587°C Los datos arrojados por el ajuste de mínimos cuadrados son los siguientes: Tiempo (s) T termopar (°C) T bimetálico (°C) T mercurio (°C) 30 .15.93 1.35 -13.87 60 .11.24 3.97 -9.32 90 -6.55 6.59 -4.77 120 -1.85 9.20 -0.21 150 2.83 11.82 4.33 180 7.53 14.44 8.88 210 12.22 17.05 13.43 240 16.91 19.67 17.99 270 21.61 22.29 22.54 300 26.30 24.91 27.09 330 30.99 27.52 31.65 360 35.69 30.14 36.20 390 40.38 32.76 40.75 420 45.08 35.37 45.30 450 49.77 37.99 49.86 480 54.46 40.61 54.41 510 59.16 43.22 58.96
  • 40. 540 63.85 45.84 63.52 570 68.55 48.46 68.07 600 73.24 51.07 72.62 630 77.93 53.69 77.17 660 82.63 56.31 81.73 690 87.32 58.93 86.28 720 92.01 61.54 90.83 Estas son las gráficas representadas por separado: -20 0 20 40 60 80 100 0 200 400 600 800 T(°C) t(s) T termopar (°C) .15.93 .11.24
  • 41. En estagráfica estánrepresentadostodoslosdatosde lostrestermómetros. 0 10 20 30 40 50 60 70 0 100 200 300 400 500 600 700 800 T(°C) t(s) T bimetálico (°C) -20 0 20 40 60 80 100 0 200 400 600 800 T(°C) t(s) T mercurio (°C)
  • 42. ANALISIS DE RESULTADOS. Con base en la tabla y en el experimento en el cual obtuvimos diversas lecturas, por parte de los 3 termómetros, se obtuvieron valores adecuados, ya que siempre hubo un orden ascendente respecto al tiempo, variaron un poco debido a que el termopar, no estaba totalmente calibrado, y no empezó directamente en 0, pero después de los ajustes se logró tener buenas lecturas y en conjunto los 3 nos dieron resultados proporcionales. El Termopar y el Termómetro de Mercurio iniciaron en 0 y terminaron en 93, mientras el bimetálico empezó en 13 y terminó en 80. EL tiempo que utilizamos fue cada 30 segundos tomar una lectura, hasta el punto de ebullición y respecto al tiempo las lecturas tomadas fueron constantes y por eso nuestras gráficas son en orden ascendente, por lo tanto obtuvimos los resultados correctos. CONCLUSIÓN. En las prácticas de laboratorio siempre se debe de tener un proceso y una meta a llegar en este caso logramos obtener las mediciones de los tres termómetros con una muy buena aproximación de los tres el termopar aunque es más fácil de leer 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 T(°C) t(s) cos(A1+sqrt 2)+A1(A1/2+sqrt 2)-sqrt 2 Linear (cos(A1+sqrt 2)+A1(A1/2+sqrt 2)-sqrt 2) Linear () Linear ()
  • 43. tuvimos problemas ya que estaba desfasa como por 5 grados los que nos dificulto un poco la terea pero en general el concepto de temperatura, de calor y la gráfica de calentamiento del agua son conceptos que se van a quedar con nosotros, aquí incluimos en concepto de presión ya que el agua no llega a los 100 grados de Celsius cuando va a hervir, pero estos es porque estamos en el DF .
  • 44. Previo Practica # 4 1.- Defina calor ES calor se define como la transferencia de energía que se da entre sus cuerpos o diferenteszonas de un mismo cuerpo que se encuentra a distintas temperaturas. 2.- defina caloría Cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura un grado de Celsius. 1 caloría=4.184 J 3.- defina energía interna, entalpia y entalpia de vaporización -energía interna: suma de la energía de todas sus partículas que componen un cuerpo. Entalpia: es la cantidad de energía calorífica de una sustancia Entalpia de vaporización cantidad de energía necesaria para que una unidad de masa (kg, mol, etc) de una sustancia quede en equilibrio con su propio vapor a una atmosfera pase completamente del estado líquido al estado gaseoso. 4.- Cuales son las expresiones matemáticas para medir la energía interna en función de una diferencia de temperaturas y la entalpia de vaporización H=U PV H entalpia U=energía interna P=presión V=volumen 5.-Describa el mecanismo de propagación de calor por conducción y convección Conducción: es el proceso que produce por contacto térmico entre dos o más cuerpos, debido al contacto directo entre la partículas individuales de los cuerpos que están a diferentes temperaturas lo que produce que las partículas lleguen al equilibrio térmico.
  • 45. Convección: solo se produce en fluidos, ya que implica movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura a regiones que están a otra temperatura. 6.- describa el mecanismo de propagación de calor por radiación Es el proceso por el cual se transmite a través de ondas electromagnéticas 7.- De ejemplos de sustancias que son buenos conductores de calor Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y estos mejor que los gases los metales son muy buenos conductores de calor, mientras que el aire es un muy mal conductor 8.-Explique porque un abrigo no permite que la persona que lo use no tenga frio. Porque el abrigo aísla térmicamente y permite utilizar el calor propio para mantener la temperatura corporal. 9.-Porque se presenta la convección en los fluidos? Se presenta porque un fluido que tiene una cierta temperatura y el mezclarlo con otro fluido a diferente temperatura van a variar las cargas energéticas moleculares del fluido y los elementos interactuantes del sitema realizan un trabajo, donde el que tiene mayor energia o temperatura se la cedera al que tiene menos temperatura 10.-Porque no es conveniente hablar de la cantidad de calor contenido en un cuerpo? Porque el calor es una energía en tránsito que aparece producto de una diferencia de temperatura entre dos sistemas, un cuerpo no almacena calor pues esta energía aparece recién cuando hay dos o más sistemas a distintas temperaturas.
  • 46. PRÁCTICA 4 “CALOR” OBJETIVOS.  Determinar la relación existente entre las variables calor (Q) - temperatura (ΔT) y calor (Q) – masa (m) para agua líquida.  Construir la gráfica que relaciona las variables ΔT - Q durante el calentamiento de agua líquida.  Obtener el modelo matemático que relacione a las variables ΔT - Q del objetivo anterior. BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES. EQUILIBRIO TÉRMICO.- Cuando dos sistemas con diferente temperatura se ponen en contacto y luego de cierto tiempo alcanzan la misma temperatura, se dice que ambos sistemas han llegado al equilibrio térmico. A principios del siglo pasado, los científicos explicaban este fenómeno suponiendo que todos los sistemas contenían en su interior una sustancia fluida, invisible y de masa nula llamada calórico. Cuanto mayor sea la temperatura de un sistema, tanto mayor sería la cantidad de calórico en su interior. De acuerdo con este fenómeno cuando dos sistemas con temperatura diferentes se ponen en contacto, se produce una transmisión de calórico del cuerpo más caliente al más frío, ocasionando una disminución en la temperatura del sistema más caliente y un incremento en el sistema más frío. Una vez que ambos sistemas llegan a la misma temperatura el flujo del calórico se interrumpiría y permanecerían, a partir de ese momento, se encuentran en equilibrio térmico. Actualmente el calor se define como: La energía que se transmite de un sistema a otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperaturas. UNIDADES DE CALOR.- En el Sistema Internacional de Unidades se utiliza el Joule (J). Además del Joule otra de las unidades que se emplea aún es la caloría, unidad que se deriva del concepto del calórico y se define como: La cantidad de calor que debe suministrarse a un gramo de agua para que su temperatura se eleve de 14.5 (°C) a 15.5 (°C). El calor se presenta o se manifiesta de dos formas: CALOR SENSIBLE. Cuando en un sistema su temperatura aumenta debido a un suministro de energía en forma de calor.
  • 47. La ecuación del calor sensible es: Dónde: {Q} = calor m = masa Ti = Temperatura inicial Tf = Temperatura final “c” es una constante de proporcionalidad y se conoce como la capacidad térmica específica de la sustancia. CALOR LATENTE. Cuando en un sistema su temperatura no cambia cuando se suministra energía en forma de calor. Durante el suministro de energía en forma de calor el fluido cambia de fase. La ecuación del calor latente es: Dónde: Q = calor m = masa “λ” es una constante de proporcionalidad y se conoce como “entalpia de transformación”. MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados).
  • 48. 1 Parrilla eléctrica 1 Resistencia de inmersión 3 Vasos de precipitados de 250 (ml) 2 Termómetros de bulbo con mercurio. 1 Watthorímetro 1 Cronómetro 1 Termo 360 (g) Agua DESARROLLO. PARA EL PRIMER OBJETIVO: Como primer paso a cada vaso de precipitados le agregamos la misma cantidad de agua y encendimos la parrilla colocando la perilla de calentamiento en el número dos. En uno de los vasos se introdujimos un termómetro y se registramos el valor de la temperatura de la sustancia y coloca el vaso sobre la superficie de la parrilla. Tomamos un tiempo de dos minutos y realizamos otra vez la lectura de temperatura del sistema y retiramos el vaso de la superficie de la parrilla. A continuación, se repetimos los pasos anteriores con otro de los vasos con la única variante de colocar la perilla de calentamiento en el número cuatro. Por último, el procedimiento es igual para el vaso final variando la perilla de calentamiento al número seis.
  • 49. Analizamos la información obtenida y cambiamos el agua de los vasos anteriores bajo el siguiente esquema: una masa en el primero, en el segundo más masa que el anterior y por último, en el tercer vaso mayor masa que los dos previos. Para el desarrollo contemplamos el mismo tiempo para cada vaso, por decir 2 (min). Con el agua de cada vaso a una misma temperatura inicial, la temperatura final de la sustancia en cada vaso deberá de ser la misma al término del evento. Se tratará de llegar a la condición final manipulando exclusivamente la perilla de calentamiento. En función de lo realizado, analizamos la información. Con los dos eventos anteriores llegamos a una conclusión general de la relación existente entre el calor (Q) con respecto de la masa (m) y del cambio de la temperatura (ΔT). PARA EL SEGUNDO OBJETIVO: En el termo depositamos la cantidad de agua necesaria para cubrir la resistencia de inmersión que está acoplada al recipiente y serramos el sistema y se colocamos en el interior de él un termómetro de bulbo con mercurio. Registramos la temperatura (temperatura inicial). Conectamos el cable de la resistencia al watthorímetro y encendimos el watthorímetro. En el intervalo de temperaturas tomamos lecturas de la temperatura en cada vuelta del watthorímetro. Realizamos la gráfica Q vs ΔT, (ΔT = Tf – Ti , Ti, el último valor será siempre la temperatura que se tomó al inicio del proceso). Q = KN Donde. Q = calor K = constante del watthorímetro N = número de vueltas RESULTADOS. INSTRUMENTOS RANGO RESOLUCION LEGIBILIDAD PRECIPITADO 20 mL-80mL 20mL BUENA PRECIPITADO 50-400 ml 50 ml BUENA Termómetro de mercurio -20°C-50°C 10°C REGULAR Termómetro de mercurio -10°C-60°C 10°C REGULAR
  • 50. ACTIVIDAD 1 Tabla 1. Mediciónde temperaturas durante el calentamientode agua. VASO Masa (g) Ti (°C) t(s) Tf (°C) 1 150 23 120 24 2 150 23 120 29 3 150 23 120 32 Tabla 2. Mediciónde temperaturas durante el calentamientode agua. VASO Masa (g) Ti (°C) t(s) Tf (°C) 1 100 25 120 40 2 150 30 120 45 3 200 34 120 50 ACTIVIDAD 2 Tabla 3. Medición de temperaturas durante el calentamiento de agua y su suministro de energía en forma de calor. Masa del agua=350 (g) EVENTO No. De vueltas (N) T(°C) Tinicial=32°C Q=N°K(J) AT(°C) 1 1 32 2750 32
  • 51. 2 2 43 5500 11 3 3 45 8250 13 4 4 49 11000 17 5 5 52 13750 20 6 6 55 16500 23 7 7 57 19250 25 8 8 62 22000 30 9 9 64 24750 32 10 10 65 27500 33 11 11 68 30250 36 12 12 70 33000 38 13 13 73 35750 41 14 14 74 38500 42 15 15 76 41250 44 16 16 80 44000 48 Trabajaremos con el siguiente modelo matemático tras haber hecho la lectura de datos 𝜟𝑻(°𝑪) = 𝒎 [ °𝑪 𝑱 ] 𝑸[𝑱] + 𝑻𝒆𝒎𝒑. 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍[°𝑪] Dónde: 𝐾 = 2750 [𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒/𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎] 𝑁: 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑄 = 𝐾 ∗ 𝑁 𝛥𝑇 (°𝐶) = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 – 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙. Valores obtenidos en el análisis Ecuación y = m x+ c m= 0.000759893 c= 12.55 x y 0 12.5500
  • 52. 5 12.5538 10 12.5576 15 12.5614 20 12.5652 25 12.5690 30 12.5728 35 12.5766 40 12.5804 45 12.5842 50 12.5880 ANALISIS DE RESULTADOS. Al momento de tomar las temperaturas de los vasos de precipitado con masas iguales a 150 g, la temperatura y el tiempo se mantuvieron constantes: 23°C y 120 segundos respectivamente. La variación la obtuvimos en la temperatura final ya que en las tres masas obtuvimos 24,29 y 32 °C respectivamente, es decir, vario de 3 hasta 5 °C. En el momento de variar las masas: 100, 150 y 200 g, en el mismo tiempo de 120 segundos. En este caso hubo una variación en la temperatura inicial y final. Con 12.5450 12.5500 12.5550 12.5600 12.5650 12.5700 12.5750 12.5800 12.5850 12.5900 0 20 40 60 y
  • 53. respecto al vaso con 100 g, obtuvimos una temperatura inicial de 25°C y una final de 40°C, para el segundo vaso de 150 obtuvimos una temperatura inicial de 30°C y una final de 45°C y por ultimo para el vaso de 200 g obtuvimos una temperatura inicial de 34°C y una final de 50°C. Por lo que podemos observar que respecto a la temperatura inicial hay una variación de 4 a 5°C en cada lectura de los vasos de precipitado. Para la temperatura final podemos observar que hay una variación de 5°C en las diferentes lecturas de cada vaso de precipitado, todo esto sin perder de vista que las condiciones son parecidas cambiando la masa del agua y aumentado la cantidad de calor. . En la actividad 2, obtuvimos 16 lecturas y por consiguiente 16 vueltas, para la temperatura inicial obtuvimos un rango desde 32°C a 80°C. En el caso del calor obtuvimos un rango de 2750 a 44000 J y por último en la diferencia de temperaturas obtuvimos un rango de 32 hasta 48°C. Por lo que podemos decir que la masa es directamente proporcional al calor suministrado. Es decir, se necesita mayor calor para calentar una masa mayor a diferencia que para calentar una cantidad de masa pequeña. Obtuvimos una línea recta en nuestra gráfica, con el modelo matemático y=mx+c, obtuvimos una pendiente de 0.000759893 y una ordenada de 12.55. CONCLUSIÓN Esta práctica es muy puntual en lo que se busca tanto en los objetivos con en los procedimientos, lo que me agrada de ella es que el calor es evidente y se pueden entender de una manera muy fácil con experimentos a su vez de una simple elaboración en esta ocasión se revisó la cantidad de energía para calentar el agua en el termo hasta llegar al punto de ebullición con lo cual nos dimos cuenta de la capacidad calorífica del agua y fue una muy buena oportunidad de notarlo. Los resultados tienen una precisión favorable ya que en esta ocasión los instrumentos de medición tenían un fácil acceso. Y con lo que puedo decir que la práctica cumplió totalmente los objetivos.
  • 54. Practica # 5 1.- Explique en que consiste la técnica llamada calorimetría? Es la ciencia que se ocupa de medir con precisión la energía y la entalpia. El método consiste en proporcionar un flujo de calor a velocidades constante a la muestra y aun material de regencia con una composición conocida y que se sabe que no presentara cambios en el en el intervalo de temperaturas que se va a manejar de las cuales se van a determinar la transmisibilidad del calor o la energia necesaria para lograr la condición final que nos plateemos 2.- Escriba la relación matemática que se utiliza para determinar la capacidad térmica C= 𝑸 △𝑻 C=capacidad calorífica Q=calor suministrado △T= cambio de temperatura 3.- En que unidades puede ser expresada la capacidad térmica especifica? Joule para el calor, Kg para la masa, y °K para la temperatura auqnue puede utilizarse °C 4.- investigue en la literatura la apacidad térmica especifica de las siguientes sustancian en Cal/g△T y KJ/kg△ Material en Cal/g△T KJ/kg△ Titanio .126 .527 Cobre .098 .39 Antimonio .049 .2051 Hielo .5 2.09 Constantan .1003 .420 Sulato de sodio .96 4.2 Carbonato de calcio Azufre .75 .9825 Agua 1 4.186 Molibdeno .01 .255 Estaño .059 .226 Acerca de la parafina ¿que es? ¿Cómo se obtiene? Para que se usa?
  • 55. Es una sustancia solido blanca, inodora, menos densa que el agua y fácilmente fundible. - Se obtiene destilando petróleo a materiales bituminosos naturales - Se emplea en punturas especialmente en esmaltes de estufa con base en el asfalto. 6.- Un trozo de plomo de 250 g se calienta hasta 101°C y se echa en un calorímetro de cobre de 350g el cual contiene agua a 19|C determine la temperatura final del plomo. 7.- para determinar el calor especifico de un bloque de 110g de cierto material se introduce en un calorímetro de cobre 30g que contiene 65g de agua el sitema inicialmente se encuentra a 27°C posteriormente se añaden 115 ml de agua a 78 °}C al calorímetro cuando se alcanza el equilibrio termico la temperatura del agua es de 51°C determine la capacidad térmica especifica del bloque en KJ/KG°C
  • 56. 8.-Describe el calibrador con escala vernier y como se usa Es una regla de mateal presisa con la que se pueden medir diámetros interiores o exteriores gracias a las puntas que tienen además de tener una barra de profundidad y un botón para medir con mas precision con las puntas Para utilizar es ¿la escala también se tomaron en cuenta en donde coinciden las líneas 9.- Corvierte la capacidad térmica especifica del hafnio de KJ/KG°C a KJ/KG°F C=.14651 =.14651 (KJ/kg°C )(5°C/G°F) C=.0813944 10 Cuantos tipos de balanzas conoces descríbelas Balanza gran ataría de triple brazo. Es muy sensible tiene pequeños bloques que se van ajustando según sea necesario hasta que 2 líneas estén concordando horizontalmente Balanza electrónica: Cuenta con medios electrónicos para averiguar y transmitir los datos sobre el peso de un objeto hechas de acero inoxidable de varias capacidades. Balanza analítica posee una capacidad de hasta .01 mg es de un solo platillo y su velocidad de pesado es alta Balanza miuro: posee una capacidad de 30 gr una sensibilidad de hasta .001 gr es de un solo platillo y su velocidad de pesado es alta
  • 57. PRÁCTICA 5 “CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA DE METALES” OBJETIVOS:  Identificar algunos metales de trabajo.  Determinar cualitativamente el valor de la capacidad térmica específica de algunos metales con base en la cantidad de parafina que funden. BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES. El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia de temperaturas. La teoría moderna del calor la da a conocer James Joule demostrando que la ganancia o pérdida de una cantidad determinada de calor va acompañada de la desaparición o aparición de una cantidad equivalente de energía mecánica. El calor, por tanto, es una energía que no se conserva. La temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra energía en forma de calor. La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un sistema es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia cuando no hay cambio de fase en la misma. A esta manifestación de energía en forma de calor se le conoce como CALOR SENSIBLE y se obtiene de la siguiente manera. Q = m c ΔT Dónde: Q = calor m = masa c = capacidad térmica específica ΔT = gradiente de temperatura “c” es la constante de proporcionalidad y se conoce como la capacidad térmica específica de la sustancia, se puede obtener como el cociente de la capacidad térmica (C) entre la masa (m), es decir:
  • 58. Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos por incremento de temperatura. La capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse adecuadamente calentándola a una cierta temperatura, situándola en una cantidad de agua, de masa y temperatura conocidas, y midiendo su temperatura cuando llegue al equilibrio térmico. Si el sistema está aislado térmicamente de su entorno, el calor que “sale” de la sustancia tiene que ser igual al calor que “entra” en el agua y en el recipiente. Este procedimiento se conoce como CALORIMETRÍA y el recipiente aislado que contiene el agua técnicamente se conoce como calorímetro. Sea m la masa de la sustancia del cuerpo, c su capacidad térmica específica y Ti su temperatura inicial. Si Tf es la temperatura final de la sustancia dentro del calorímetro, el calor que fluye de la sustancia es: De la misma manera, si Ti es la temperatura inicial del agua y del recipiente, y Tf su temperatura final (la temperatura del cuerpo y del agua serán la misma, puesto que finalmente alcanzarán el equilibrio térmico), el calor absorbido por el agua y el recipiente es: En donde: ma = masa de agua ca = capacidad térmica específica del agua mc = masa del recipiente cc = capacidad térmica específica del recipiente Observe que en estas relaciones se ha presentado las diferencias de temperaturas de forma que tanto el calor cedido como el calor recibido sean cantidades positivas. Igualando estas cantidades de calor, puede obtenerse la capacidad térmica específica de la sustancia.
  • 59. O bien: Como en la relación anterior sólo aparecen diferencias de temperaturas y los grados Celsius y los kelvin tiene la misma magnitud, pueden medirse todas las temperaturas bien en la escala Celsio o en la Kelvin sin que se vea afectado el resultado. Calorímetro El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor “suministradas” o “recibidas” por los sistemas, es decir, sirve para determinar la capacidad térmica específica del sistema y para medir las cantidades de calor que “liberan” o “absorben” los sistemas. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado que contiene agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Los calorímetros suelen incluir su equivalente para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes. MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados). CANTIDAD MATERIAL 3 Cilindros de metal. 1 Soporte para metales.
  • 60. 1 Balanza granataria de triple brazo. 1 Parrilla eléctrica. 1 Recipiente metálico. 1 Trozo de parafina de masa 50 gramos. 1 Pinzas para tubo de ensayo. 1 Calibrador con vernier. DESARROLLO 1. Poner agua en el recipiente metálico y calentar éste en la parrilla al máximo nivel de calentamiento. 2. Medir cinco veces mínimo la masa y las dimensiones de cada metal de trabajo (no golpear los metales). 3. Colocar los metales en el soporte para metales y sumergirlos completamente en el agua sin que toquen el recipiente. 4. Esperar a que el agua hierva y mantener los metales sumergidos durante dos minutos. 5. Con cuidado sacar uno a uno los metales con las pinzas para tubo de ensayo y colocarlos inmediatamente sobre el trozo de parafina. 6. Cuando los metales se hayan enfriado, quitarlos del trozo de parafina y lavarlos con agua caliente. 7. Medir las dimensiones de la huella dejada en la parafina por cada metal. 8. Tirar el agua en el recipiente destinado para ello, no tirar esta agua en la tarja.
  • 61. ESQUEMA RESULTADOS. Características estáticas de un instrumento de medición INSTRUMENTO RANGO RESOLUCIÓN LEGIBILIDAD Calibrador con vernier 0-19 cm 1/20 mm BUENA Balanza granataria de triple brazo 0-100 (gr) 0.01 gramos BUENA Tabla # 1 Características y dimensiones de las muestra metálicas. METAL GRANDE
  • 62. Medición # Peso (g) D (cm) d (cm) H (cm) V (cm³) ρExp (g/cm³) ρTab (g/cm³) Metal Identifica do C (cal/gΔ°C ) 1 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio 2 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio 3 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio 4 15.5 1.4 0.2 3.7 5.57 2.78 2.698 Aluminio METAL MEDIANO Medición # Peso (g) D (cm) d (cm) H (cm) V (cm³) ρExp (g/cm³) ρTab (g/cm³) Metal Identifica do C (cal/gΔ°C ) 1 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro 2 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro 3 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro 4 15 1.4 0.2 1.3 1.95 7.69 7.133 Hierro METAL PEQUEÑO Medición # Peso (g) D (cm) d (cm) H (cm) V (cm³) ρExp (g/cm³) ρTab (g/cm³) Metal Identifica do C (cal/gΔ°C ) 1 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo 2 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo 3 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo 4 15 1.4 0.2 1 1.50 10 11.35 Plomo Dónde: V = volumen C = capacidad térmica específica ρ = densidad D = Diámetro exterior d = diámetro interior
  • 63. H = altura Tabla # 2 Dimensiones de la huella de cada muestra en la parafina para obtener la masa fundida. METAL GRANDE (ALUMINIO) Medición Ǿ (cm) H (cm) V (cm³) 1 1.4 0.4 1.80 2 1.4 0.4 1.80 3 1.4 0.4 1.80 4 1.4 0.4 1.80 METAL MEDIANO (HIERRO) Medición Ǿ (cm) H (cm) V (cm³) 1 1.4 0.3 1.35 2 1.4 0.3 1.35 3 1.4 0.3 1.35 4 1.4 0.3 1.35 METAL PEQUEÑO (PLOMO) Medición Ǿ (cm) H (cm) V (cm³) 1 1.4 0.1 0.452 2 1.4 0.1 0.452 3 1.4 0.1 0.452 4 1.4 0.1 0.452 Dónde: V = volumen Ǿ = Diámetro huella H = altura o profundidad de la huella
  • 64. Actividad: 1  Relacionar el valor del volumen de cada huella en la parafina con la cantidad de calor que cada metal “cedió” a la parafina para determinar su valor de capacidad térmica específica. Nota:  En esta actividad no es posible obtener un valor experimental de capacidad térmica específica de los metales. ANALISIS DE RESULTADOS. La capacidad térmica específica es la capacidad que tienen las sustancias para absorber o ceder energía en forma de calor de un sistema a otro. Se puede generalizar en todas la muestras de la huella, que entre mayor sea el volumen de dicha huella es mayor la capacidad térmica especifica del metal que la generó, pero sin saber numéricamente su valor. Con los datos obtenidos no podemos deducir la capacidad térmica específica de los metales que por su densidad encontramos, pero por su volumen desalojado en la parafina podemos deducir que: c(aluminio) > c(hierro) > c(plomo) Dónde: c = Capacidad térmica especifica. Investigando obtenemos los valores numéricos: Sustancia Calor específico (J/kg·K) Aluminio 880 Hierro 450 Plomo 130
  • 65. Obteniendo %Error de las densidades obtenidas: %EE= [((valor teórico -valor experimental)/valor teórico)*100%]  Metal grande (Aluminio) ρExp (g/cm³) ρTab (g/cm³) 2.78 2.698 %EE= [((2.78 -2.698)/2.78)*100%]= 2.949% de error  Metal mediano (Hierro) ρExp (g/cm³) ρTab (g/cm³) 7.69 7.133 %EE= [((7.69 -7.133)/7.69)*100%]= 7.24% de error  Metal pequeño (plomo) ρExp (g/cm³) ρTab (g/cm³) 10 11.35 %EE= [((11.35 -10)/11.35)*100%]= 11.89% de error CONCLUSIÓN. La práctica aunque es muy fácil de entender y cumple con el propósito que es comparar como la capacidad térmica especifica de un material es mayor al de otro material en lo personal siento la practica incompleta no por cálculos si no porque es muy difícil medir el volumen de la huella ya que solo es una aproximación y aunque obtuvimos C de cada una con un error bastante bajo aun así siento que la práctica carece de un fundamento de ser. En cuanto a cuestiones de seguridad no hay problema podemos trabajar totalmente a gusto sin riesgo de quemarnos debido a las medidas de seguridad. Pero tienen que hacer un intento por mejorar esta práctica en la medida de lo posible.
  • 66. Cuestionario previo practica # 6 1.-¿Qué es energía? Capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en los mismos o en los cuerpos.} 2.- describa las formas por las que un sistema puede intercambiar energía con su entorno -trabajo se pasa energía a un cuerpo de una posición a otra Ondas propagación de perturbaciones de ciertas características campo eléctrico, magnetismo, presión que se propagan a través del espacio transmitiendo energía Calor: cuando se transfiere energía de un cuerpo a otro más frio. Conducción convección y radiación. 3.- mencione 10 ejemplos de transformciones de energía. -hidraulica a motriz hidroeléctrica Motriz a eléctrica hidroeléctrica Motriz a mecánica motor Eólica a mecánica- molinos de viento Eléctrica a magnética electromagnética Química a atómica fisión nuclear Química a motriz caldera 4.- Cual es la relación existente entre calor y trabajo.- Cuando la velocidad de un cuerpo pasa de un valor a otro, la variación de la energía cinética que experimenta es igual al trabajo realiza por la fuerza neta que origino el cambio de velocidad 5.- explique la diferencia entre temperatura, trasferencia de calor y energía interna Energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto mas caliente el cuerpo mayor energía
  • 67. Temperatura: medida de calor o energía térmica de las partículas de una sustancia. Transferencia de calor: Es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. 6.-¿Qué es una transformación adiabática? Es una transformación que no intercambia con el medio y también es un proceso reversible. 7.- Cuando un sistema sufre un proceso muy rápido, aunque sus paredes no sean aislantes dicho proceso puede considerarse adiabático ¿Por qué? No se genera intercambio de energía debido a que es muy poco el tiempo en el que se tiene contacto una con otra 8.-¿Qué es trabajo? Mencione sus unidades y diga como calcular el trabajo asociado a: La compresión y la expansión de un gas Un sistema eléctrico Un campo magnético Un eje o flecha cuando está girando El trabajo es la fuerza que actúa sobre un cuerpo las unidades del SIU son Joules. -La compresión y la expansión de un gas, sabiendo la fuerza que se aplica el gas junto con el peso específico del gas -un sistema eléctrico: sabiendo la fuerza que se aplica el gas junto con el peso específico del gas. -Un campo magnético: sabiendo la cantidad de energía empleada y el peso de los cuerpos. -un eje o fuerza cuando está girando. Sabiendo la velocidad con la que gira y la fricción a la que está sometida. 9.- Explique en que consiste el experimento de joule, que dispositivo fue el que utilizo y cuáles son sus características.
  • 68. Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en momento para accionar una pesa. La versión original del experimento, consta de dos pesas que cuelgan sistemáticamente del eje. La pesa que se mueve con velocidad prácticamente constante pierde energia potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las poleas se calienta debido a la fricción. Si el bloque de masa m desciende una altura h, la energía potencial disminuye y esa es la energía que se utiliza para calentar el agua. 10.-¿Por qué no es conveniente hablar del contenido de calor y del contenido de trabajo mecánico de un sistema? Porque esos están liberándose y no se manifiestan en forma constante
  • 69. PRÁCTICA 6 “CONVERSIÓN DE TRABAJO EN CALOR” OBJETIVOS:  Obtener el valor de la equivalencia entre trabajo y calor.  Determinar el trabajo y el calor asociados a un sistema mecánico. BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES. El trabajo y la energía se encuentran entre los conceptos más importantes de la física. Desde el punto de vista de la mecánica clásica, el trabajo se define como: La fuerza que actúe sobre un objeto que se mueve a través de una distancia y existe un componente de la fuerza a lo largo de la línea de movimiento. Si la fuerza es constante en una sola dimensión, el trabajo realizado es igual a la fuerza multiplicada por la distancia. W = trabajo aplicado F = fuerza aplicada s = distancia Desde el punto de vista de la termodinámica, el trabajo es un concepto más extenso que el tradicionalmente utilizado en la mecánica clásica. Se define como:  La energía transferida a través de las fronteras de un sistema en forma organizada y cuyo uso exclusivo sea la elevación de un sistema.  Una energía en tránsito entre un sistema y su entorno, a través de aquellos límites del sistema en que no existe transferencia de masa y como consecuencia de la diferencia de una propiedad intensiva, que no sea la temperatura, entre el sistema y su entorno. El trabajo realizado para pasar de un estado inicial de equilibrio a un estado final de equilibrio puede tomar cualquier valor, dependiendo de la trayectoria que se elija. El trabajo no es una propiedad ya que no es posible especificarlo por el solo conocimiento del estado termodinámico del sistema. Conversión de signos: Si el trabajo se realiza sobre el sistema por el entorno, es positiva ( + ) Si el trabajo se realiza por el sistema sobre el entorno, es negativo ( - )
  • 70. Formas mecánicas de trabajo  de eje o de flecha. La transmisión de energía mediante un eje rotatorio es muy común en los sistemas termodinámicos. El momento de torsión o torque aplicado al eje se considera constante, lo cual significa que la fuerza “F” aplicada también se considera constante. Para un determinado momento de torsión o torque constante, el trabajo realizado durante “N” revoluciones se determina así́: Una fuerza F que actúa por medio de un brazo de momento r genera un momento de torsión M. Experimento de Joule. W M( )mgr2N En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre energía mecánica y la energía térmica (energía en forma de calor). Mediante este experimento, se pretende poner de manifiesto la cantidad de energía que es necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la temperatura de un volumen de agua. Descripción del equipo utilizado por Joule. Un sistema aislado térmicamente contiene una masa de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con paletas que se ponen en movimiento por la acción de una pesa, tal como se muestra en la figura. La pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía potencial y como consecuencia, el agua agitada por las paletas se calienta debido a la fricción. Si el bloque de masa m desciende una altura h, la energía potencial disminuye y esta es la energía que se utiliza para calentar el agua (se desprecian otras perdidas). Joule encontró́ que la disminución de energía potencial es proporcional al incremento de temperatura del agua. La constante de proporcionalidad (el calor especifico del agua) es igual a 4.186 J/(g ΔoC). Por tanto, 4.186 (J) de energía mecánica aumentan la temperatura de 1 (g) de agua en 1 (o C). Así́, se define la caloría como 4.186 (J) sin referencia a la sustancia que se está́ calentando. En la simulación de la experiencia de Joule, se desprecia el equivalente en agua del calorímetro, del termómetro, del eje y de las paletas, la perdida de energía por las paredes aislantes del recipiente del calorímetro y otras perdidas debidas al rozamiento en las poleas, etc.
  • 71. Equipo utilizado por Joule 1 (cal) = 4.186 (J) La conversión de energía mecánica íntegramente en calor se expresa mediante la siguiente ecuación. W (J)U(cal) mgr2Nmc(T T) MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados). INSTRUMENTO IMAGEN 1 Aparato del equivalente mecánico del calor 1 Termopar de cromel-alumel (color amarillo) 3 Masas de 100, 200 y 500 (g) DESARROLLO 1. Realizar el montaje del equipo como se indica en la figura 2. 2. Dar de dos a cinco vueltas de la cinta nylon alrededor del cilindro de aluminio cuidando que el cilindro gire libremente.
  • 72. 3. Colocar todas las masas en el extremo de la cinta, cuidando que queden a una distancia corta del suelo. 4. Tomar la temperatura del cilindro de aluminio con el termopar. 5. Hacer girar el cilindro de aluminio con la manivela. Dar 300 vueltas con una rapidez constante. 6. Tomar la temperatura del cilindro de aluminio en el mismo lugar de la medición anterior. 7. Desmontar el equipo. ESQUEMA RESULTADOS. Características estáticas de un instrumento de medición INSTRUMENTO RANGO RESOLUCIÓN LEGIBILIDAD 1Termopar de cromel-alumel (color amarillo) 200°C-2000°C 1100°C BUENA
  • 73. Ti (ºC) Tf (ºC) (N) D (m) CAl (cal/gΔºC) mAL (kg) ms (kg) 27.1 29.0 300 0.02373 0.22 200 800 27.6 29.7 300 0.02373 0.22 200 800 28.8 30.5 300 0.02373 0.22 200 800 CALCULOS. Para encontrar Calor y Trabajo: Igualando: = X [J] = Y [cal] Sustituyendo: 1er evento: W = (0.8) (9.78) (2π) (0.02373) (300) W = 349.9674 J Q = (200) (0.22) (29 – 27.1) Q = 83.6 cal 1 [cal] = 𝑿 𝒀 [J ]
  • 74. 1 [cal] = 𝑿 𝒀 [J ] 𝑾 𝑸 = 𝟑𝟒𝟗.𝟗𝟔𝟕𝟒 𝟖𝟑.𝟔 2do event: W = (0.8) (9.78) (2π) (0.02373) (300) W = 349.9674 J Q = (200) (0.22) (29.7 - 27.6) Q = 92.4 J 1 [cal] = 𝑿 𝒀 [J ] 𝑾 𝑸 = 𝟑𝟒𝟗.𝟗𝟔𝟕𝟒 𝟗𝟐.𝟒 3er event: W = (0.8) (9.78) (2π) (0.02373) (300) W = 349.9674 J Q = (200) (0.22) (30.5 – 28.8) Q = 74.8 J 1 [cal] = 𝑿 𝒀 [J ] 𝑾 𝑸 = 𝟑𝟒𝟗.𝟗𝟔𝟕𝟒 𝟕𝟖.𝟒 Q (cal) W (J) EMC 1 cal = 83.6 349.9674 4.18621 92.4 349.9674 3.78 74.8 349.9674 4.678 𝑾 𝑸 = 4.18621J 𝑾 𝑸 = 3.78 J 𝑾 𝑸 = 4.678 J
  • 75. Para obtener porcentaje de error: %EE = 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐−𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒎𝒆𝒅𝒊𝒅𝒐 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐 𝑿 𝟏𝟎𝟎  1er evento: %EE = 4.186 – 4.18621 4.186 𝑋 100 %EE = 0.03185  2do evento: %EE = 4.186 – 3.78 4.186 𝑋 100 %EE = 9.69  3er evento: %EE = 4.186 – 4.678 4.186 𝑋 100 %EE = 11.75 ANALISIS DE RESULTADOS. Dentro de los resultados obtenidos podemos observar que en el primer experimento nos acaseramos al valor real con casi 99.9% de exactitud acertando al valor de la relación entre el trabajo y el calor dándonos como valor experimental de 4.18621 sobre el valor real de 4.186 dándonos cuenta que el cambio de temperatura en el cilindro debía de ser de 1.5 grados centígrados posterior a las 300 vueltas. En los procesos posteriores el cambio de temperatura varió de 1.3 hasta 1.7 haciendo el porcentaje de error mayor alejándonos del valor de la relación entre el trabajo y el calor.
  • 76. CONCLUSIÓN. Se cumplió totalmente la práctica los resultados que tuvimos fueron excelentes considerando hasta un 99%.9 por ciento de precisión logrando obtener experimentalmente el valor de 4.186 j es interesante saber de dónde viene el valor de calor a energía ya que son cosas que ocupamos a diario desde el trabajo de un motor de combustión interna, el trabajo requerido para subir un cierto peso en un polipasto. Son infinitas las aplicaciones con las que podemos saber cuánta energía va a necesitar el motor de una bomba centrifuga.
  • 77. Previo 7 PRÁCTICA 7 “CAPACIDAD TÉRMICA ESPECÍFICA Y ENTALPIA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA” OBJETIVOS.  Determinar el valor de la capacidad térmica específica promedio del agua en el intervalo de temperaturas T medio = 80°C.  Obtener el valor del cambio de entalpia durante la evaporación a presión constante del agua. BASE TEORICA Y/O ANTECEDENTES. Energía: La energía que posee un sistema se puede definir como “La capacidad para producir un cambio” La energía total de un sistema se puede determinar como la suma de las diferentes formas de energía que se presentan en él. 1.- Una energía macroscópica: la energía mecánica total E del sistema, esta energía se relaciona con la posición y el movimiento macroscópico del sistema en conjunto. La energía mecánica E es la suma de:  la energía cinética de traslación del centro de masa más la energía cinética rotacional respecto del centro de masa, así como...  ... las energías potenciales relacionadas con la posición del centro de masa del sistema en el espacio, sea la energía gravitatoria u otras formas potenciales de energía (como la potencial eléctrica). Convencionalmente, cuando se produce una variación de la energía interna manifestada en la variación del calor que puede ser cedido o absorbido, se puede medir este cambio en la energía indirectamente por la variación de la temperatura de la sustancia. La transferencia de energía a un sistema se lleva a cabo por medio de dos mecanismos o procesos: a) por transferencia de calor, provocada por una diferencia de temperaturas, y b) por vía del trabajo, provocada por fuerzas macroscópicas. Al aumentar la temperatura de un sistema, sin que varíe nada más, aumenta su energía interna.
  • 78. Equilibrio Térmico: Cuando dos sistemas con diferente temperatura se ponen en contacto, luego de cierto tiempo alcanzan la misma temperatura, se dice entonces que ambos sistemas se encuentran en equilibrio térmico. El calor es la energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia de temperaturas y se presenta como calor sensible o calor latente La temperatura de un sistema generalmente aumenta cuando se le suministra energía en forma de calor. La cantidad de calor {Q} necesaria para elevar la temperatura de un sistema es proporcional a la variación de temperatura y a la masa de la sustancia, esto es, sin que haya cambio de fase en la sustancia. A esta manifestación de energía en forma de calor se le conoce como CALOR SENSIBLE y se obtiene de la siguiente manera: Las unidades de la capacidad térmica específica son calorías entre gramos por incremento de temperatura. La capacidad térmica específica de una sustancia puede cuantificarse adecuadamente calentando ésta última a una cierta temperatura, situándola en una cantidad agua, de masa y temperatura conocidas, y midiendo su temperatura cuando llegue al equilibrio térmico. Si el sistema está aislado térmicamente de su entorno, el calor que “sale” de la sustancia tiene que ser igual al calor que “entra” en el agua y en el recipiente. Este procedimiento se conoce como CALORIMETRÍA y el recipiente aislado que contiene el agua técnicamente se conoce como calorímetro. Calorímetro: El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor “suministradas” o “recibidas” por los sistemas. Es decir, sirve para determinar la capacidad térmica específica del sistema, así como para medir las cantidades de calor que “liberan” o “absorben” los sistemas. Laboratorio de Termodinámica. Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas
  • 79. circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes. MATERIAL (Ver resolución en la sección de resultados). CANT MATERIAL CANT MATERIAL 1 Termo de plástico con tapa. 1 Termómetro de bulbo 1 Resistencia de inmersión. 1 Watthorimetro 1 Balanza granataria de triple brazo DESARROLLO.  Determinación de la capacidad térmica específica del agua. 1. Colocamos agua en el termo hasta que la resistencia de inmersión quedara completamente sumergida. Tomando en cuenta que la resistencia tenía que estar desconectada. 2. Colocamos la tapa sin apretar, ya que de expandirse por el calor hubiese causado una explosión. 3. Conectamos la resistencia de inmersión al watthorímetro y éste a la corriente, como se mostraba en el esquema. Una vez más verificando que el watthorímetro estuviese apagado. 4. Medimos la temperatura del agua con el termómetro de mercurio.
  • 80. 5. Encendimos el watthorímetro con la resistencia de inmersión y al mismo tiempo contamos las vueltas del disco del watthorímetro colocando la vista frente al canto del disco. 6. Cuando la temperatura del agua llegó a los 80 (°C) apagamos la resistencia y terminamos de contar las vueltas del disco. 7. Repetimos este experimento cinco veces más.  Determinación del cambio de entalpia durante la evaporación del agua. 1. Sin tirar el agua caliente del último evento del experimento anterior, colocamos el termo sobre la balanza. 2. Recorrimos la tapa del termo hasta que quedara en la mesa. Teniendo en cuenta que la resistencia debía de estar desconectada. 3. Tomamos el dato de la masa del sistema. 4. Descontamos 10 (g) de peso en la balanza, recorriendo una de las piezas de metal de un brazo de la balanza, de tal manera que la aguja del brazo de la balanza apuntara hacia arriba. 5. Conectamos y encendimos la resistencia, con el watthorímetro. 6. Esperamos hasta que el agua hirviera y comenzará a evaporar. 7. Cuando el agua comienzo a evaporar, detectamos una pérdida de masa en la balanza y comenzó a temblar la aguja del brazo de la balanza, en ese momento iniciamos la lectura del número de vueltas del disco del watthorímetro. 8. Cuando la aguja de la balanza apuntó nuevamente hacia la marca, terminamos de contar las vueltas del disco, ya que se han perdido exactamente 10g de agua en forma de vapor. 9. Apagamos la resistencia. 10. Repetimos cinco veces esta actividad RESULTADOS. Características estáticas de un instrumento de medición
  • 81. INSTRUMENTO RANGO RESOLUCIÓN LEGIBILIDAD Termómetro de bulbo -20°C-150°C 0.1 °C BUENA Watthorimetro 0-2750J C/VUELTA N VUELTAS BUENA Balanza granataria de triple brazo 0-100 (gr) 0.01(gr) BUENA FORMULAS EMPLEADAS: Qf= mc (Tf-Ti) C= Qf / m (Tf-Ti) [ 𝑱 𝒌𝒈∆°𝑪 ] Qf= KN [J] K=2750 [J/v] Tf= 80 [°C] Ti= Tamb [°C] Cevap= 𝐊𝐍 𝐌∆𝐓 [ 𝑱 𝒌𝒈∆°𝑪 ] Cagua=4106 [ 𝑱 𝒌𝒈∆°𝑪 ] Tabla 1: determinación de la capacidad térmica específica del agua. No. de evento No. De vueltas Magua (kg) Tinicial (°C) Tfinal (°C) ∆T (°C) Q (J) C (J/kg∆°C) 1 47 0.521 22 80 58 129250 4277.25 2 40 0.409 20 80 60 110000 4477.004 3 34 0.350 21.5 80 58.5 93500 4566.54 4 47 0.517 24 80 56 129250 4464.28 Promedio C=4446.2685
  • 82. (J/kg∆°C) Sustituyendo valores obtenemos: Q=KN Ceva= 𝑲𝑵 𝑴∆𝑻 Qf1=2750(47)=129250 Cevap1= 𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟒𝟕) 𝟎.𝟓𝟐𝟏(𝟓𝟖) = 𝟒𝟐𝟕𝟕. 𝟐𝟓 Qf2=2750(40)=110000 Cevap2= 𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟒𝟎) 𝟎.𝟒𝟎𝟗( 𝟔𝟎) = 𝟒𝟒𝟕𝟕. 𝟎𝟎𝟒 Qf3=2750(34)=93500 Cevap3= 𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟑𝟒) 𝟎.𝟑𝟓𝟎(𝟓𝟖.𝟓) = 𝟒𝟓𝟔𝟔. 𝟓𝟒 Qf4=2750(47)=129250 Cevap4= 𝟐𝟕𝟓𝟎(𝟒𝟕) 𝟎.𝟓𝟏𝟕(𝟓𝟔) = 𝟒𝟒𝟔𝟒. 𝟐𝟖 Errores absoluto y porcentual Evento 1 Evento 1 %E=6.95% %Exactitud=93.04% Evento 2 Evento 2 %E=2.18% %Exactitud=97.82% Evento 3 Evento 3 %E=9.09% %Exactitud=90.90% Evento 4 Evento 4 %E=6.67% %Exactitud=93.33% Tabla 2: Determinacion del cambio de entalpia en la evaporizacion del agua.
  • 83. No. De evento No. De vueltas Magua (kg) Q (J) Hfg (J/kg) 1 11 497.8 30250 60.767 2 5 487.8 13750 28.187 3 6 477.8 16500 34.533 4 5 667.8 13750 20.589 5 5 657.8 13750 20.903 promedio Hfg=32.9958 (J/kg) Sustituyendo valores obtenemos: Q=KN Hfg= 𝑸 𝒎 Qf1=2750(11)=30250 Hfg1=30250/497.8=60.767 Qf2=2750(5)=13750 Hfg2=13750/487.8=28.187 Qf3=2750(6)=16500 Hfg3=16500/477.8=34.533 Qf4=2750(5)=13750 Hfg4=13750/667.8=20.589 Qf5=2750(5)=13750 Hfg5=13750/657.8=20.903 Pamb=56.5 mm Hg P=ρHg gh (Pa) P=13600(9.78)(0.565) P=75149.52 Error absoluto y porcentual Evento 1 Evento 1 %E=7.55% %Exactitud=92.44% Evento 2 Evento 2 %E=50.11% %Exactitud=49.88% Evento 3 Evento 3
  • 84. %E=38.87% %Exactitud=61.12% Evento 4 Evento 4 %E=63.0% %Exactitud=36.99% Evento 5 Evento 5 %E=63.5% %Exactitud=36.5% Para sacar el valor de la entalpia de vaporización del agua interpolamos: De las tablas: P (Pa) hf 𝑲𝑱 𝒌𝒈 75000 384.44 75149.52 hx 100,000 417.51  Por triángulos semejantes: 100,000 75149.52 75000 384.44 h x 417.51 hf 𝑲𝑱 𝒌𝒈
  • 85. 𝟏𝟎𝟎, 𝟎𝟎𝟎 − 𝟕𝟓, 𝟎𝟎𝟎 𝟕𝟓𝟏𝟒𝟗. 𝟓𝟐 − 𝟕𝟓, 𝟎𝟎𝟎 = 𝟒𝟏𝟕. 𝟓𝟏 − 𝟑𝟖𝟒. 𝟒𝟒 𝒉𝒙 − 𝟑𝟖𝟒. 𝟒𝟒 hx= (𝟒𝟏𝟕.𝟓𝟏−𝟑𝟖𝟒.𝟒𝟒)(𝟕𝟓𝟏𝟒𝟗.𝟓𝟐−𝟕𝟓𝟎𝟎𝟎) (𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎−𝟕𝟓𝟎𝟎𝟎) + 𝟑𝟖𝟒. 𝟒𝟒 hx= 384.6377851 ( 𝒌𝑱 𝒌𝒈 ) hx= 384637.7851 ( 𝐽 𝑘𝑔 ) ANALISIS DE RESULTADOS. Para la determinación de la capacidad térmica específica del agua, se realizaron diferentes cálculos donde los resultados obtenidos fueron muy buenos ya que tuvimos un porcentaje de exactitud muy alto, para el evento 1 el %Exactitud=93.04%, evento 2 el %Exactitud=97.82%, evento 3 el %Exactitud=90.90%, el evento 4 el %Exactitud=93.33%, los resultados muestran un porcentaje de más de 90% lo que representa que se consiguieron los objetivos esperados. En Determinación del cambio de entalpia en la evaporización del agua los resultados fueron lo contrario, solo el primer evento represento un porcentaje de precisión alto (%Exactitud=92.44%), pero los siguientes eventos 2, 3,4 y 5 tuvieron % exactitud de 48.88%, 61.12%, 36.99%, 36.5%, respectivamente, bajaron y por lo tanto el porcentaje de error subió, a pesar de ello si se cumplió el objetivo planteado. CONCLUSIÓN. Desde hace algunos meses hemos estado en contacto con el uso de tablas termodinámicas y hemos estado utilizándolas por energía interna entalpia de vaporización presión temperatura etc. Aquí sacamos la entalpia de vaporización interpolando y usando valores de tablas y simplemente nos damos cuenta de la energía necesaria para llegar a la fase gaseosa afortunadamente no tuvimos ninguna complicación por el uso del material del termo o de la resistencia. En lo personal siento que esta práctica es muy útil para el uso de tablas termodinámicas ya que es una herramienta básica en la materia. Valor de la entalpia de evaporización del agua a presión de 75149.52 Pa.
  • 86. Previo Practica 8 1.- Escriba la ecuación de la primera ley de la Termodinámica para sistemas abiertos y explique cada uno de sus términos Q= energía en forma de calor W=trabajo M=masa en el flujo 2.-Escriba la ecuación de continuidad y diga sus unidades en el SI Que es la ecuación de continuidad y donde: • S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto. •v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería. 3 haga un clasificación de bombas diga cuáles son sus características y explique cuál es la diferencia entre una bomba centrifuga y una de desplazamiento positivo. Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico, en las que el principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas
  • 87. pueden subdividirse en • Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontínuo y los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial. • Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica. Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es contínuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en: • Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. • Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. • Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete. 4.- Qué diferencias hay entre la ecuación de bernulli y la primera ley de la termodinámica aplicada a un sistema abierto Que en la ecuación de bernulli la variación de temperatura es despreciable ni se quita calor al sistema, lo considera incompresible y no hay trabajo de flecha Para un sistema abierto ¿Que es el régimen permanente, el estado estacionario, el estado y el flujo unidimensional -régimen permanente: las propiedades del fluido permanecen constantes cuando este fluye a través del sistema .estado estacionario-Cuando las propiedadescuando las propiedades en una posición en las fronteras del volumen de control son constantes respectoal tiempo. -estado estable es un procesoen el que las propiedadesen cada punto del volumen de control se mantienen constantes con el tiempo.