Laboratorio electricidad y optica para quimicos manual de guias

[Sebastian Seeligmann 2012] Página 1

SEBASTIAN SEELIGMANN
FISICA
ELECTROMAGNETISMO Y OPTICA
VOLUMEN I
APORTES PARA TRABAJOS PRACTICOS DE
LABORATORIO: UN MANUAL DE GUIAS
PARA DOCENTES DE FISICA
DE UNIDADES ACADEMICAS DE
BIOQUIMICA, QUIMICA Y FARMACIA

Seeligmann, Sebastian
Física : electromagnetismo y óptica : aportes para trabajos prácticos de laboratorio : un
manual para docentes. - 1a ed. - Yerba Buena : Bigo, 2012.
79 p. ; 29x21 cm.
ISBN 978-987-28292-0-9
1. Física. 2. Óptica. 3. Electromagnetismo. I. Título.
CDD 535.2
Fecha de catalogación: 02/07/2012

INDICE
PRÓLOGO ………………………………………………………………….... pág. 6
INTRODUCCIÓN ……………………………….………………………….….pág. 8
ELECTRICIDAD – CIRCUITOS ………………………………………….….pág. 10
Elementos de Circuitos del Laboratorio de Electricidad ...….……..… pág. 11
Fuentes …………………………………………………….…..…….pág. 11
Resistencias ………………………………………………………....pág. 15
Instrumentos para Mediciones en Electricidad ……………...…………pág. 18
Estudio y tratamiento de las Experiencias de Electricidad ………..…pág. 19
Medición de Resistencias ……………………………………….….pág. 19
Método Indirecto Absoluto con Voltímetro y Amperímetro…pág. 20
Método de Cuadrados Mínimos …………………..……pág. 23
Curva de Calibración …………………………………….pág. 24
Método indirecto por comparación…………………...……….pág. 24
Medición de Resistencia en Solución. Conductividad..pág. 29
Método Directo con Ohómetro. Conductividad ……………...pág. 31
Medición de fem de pilas……………………………………...……..pág. 33
Calibración del Puente de Póghendorff……………..………..pág. 36
Análisis de Circuitos con Conexión en Paralelo……………….…..pág. 37
OPTICA………………………………………………………………………….pág. 42
Estudio y tratamiento de las Experiencias de Óptica……………….….pág. 43
Lentes convergentes………………………………………………….pág. 43
Medición de la Distancia Focal y el Aumento Lateral………..pág. 43
Cálculo de Errores…………………………………………..pág. 45
Medición del Punto Próximo y del Aumento Angular…...……pág. 46
Medición del Aumento Angular de la Lupa………………...….pág. 48
Construcción de un Microscopio Compuesto………...……….pág. 50
Refracción de la luz……………………………………………………pág. 54
Medición del Índice de Refracción del acrílico……..………….pág. 54
Primera Técnica. Ley de Snell……………………...…….pág. 54
Segunda Técnica. Ley de Snell……………………..…...pág. 56
Tercera Técnica. Reflexión Total………………...……….pág. 57
Medición del Índice de Refracción del agua…………...………pág. 59

Primera Técnica. Prisma Hueco…………………...…….pág. 59
Segunda Técnica. Refractómetro de Abbe…………….pág. 60
Espectro Visible. Selección de una Longitud de Onda………pág. 63
Espectrofotometría Básica. Espectrofotómetro Abierto……...pág. 65
Polarización de la Luz…………………………………………………..pág. 68
Observación de Luz Polarizada………………………………..pág. 68
Polarimetría……………………………………………………...pág. 69
Medición con Polarímetro Abierto…………...…………pág. 69
Medición con Polarímetro Profesional…………………pág. 73
Curva de Calibración………………………………pág. 76
EL INFORME DE UNA MEDICIÓN…………………………..…..………….pág. 78
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………..pág. 79

PROLOGO
Esta publicación tiene como finalidad ofrecer a los docentes una manera de
encarar la orientación y la planificación de los trabajos prácticos de laboratorio
de física que comprende los temas de electricidad y óptica, para futuros
profesionales químicos o egresados de carreras biológicas que tienen como
base la química.
La propuesta docente se basa en la experiencia en prácticas de laboratorios de
estos profesionales, adecuando los objetivos de una práctica profesional de
laboratorio a los objetivos y contenidos de una práctica de laboratorio curricular.
El proceso de medición (biológico, químico, físico, etc.) de una muestra,
presenta grandes similitudes prácticamente en cualquier tipo de laboratorio.
Siempre aparecerán mediciones directas o indirectas y absolutas o relativas.
Siempre habrá que controlar la muestra real con el modelo teórico para evitar
errores sistemáticos. Encontrarse con cada una de estas posibilidades es el
objetivo principal de cada experiencia.
En esta publicación se elaboraron guías tipo, con información de aspectos
técnicos y referencias a los contenidos correspondientes, atendiendo a los
objetivos docentes y con el planteo de algunos objetivos experimentales.
Llamará la atención que la orientación de las prácticas es fundamentalmente
laboratorial, con la ejemplificación de fenómenos físicos como base para
experiencias que los estudiantes verán en cursos superiores y como
profesionales. Esto es así, porque se ha tenido en cuenta la idiosincrasia
laboratorista de las carreras que se desarrollan en la institución. Por supuesto
que no se deja de lado la reafirmación de algunos conceptos físicos estudiados
teóricamente.
Se supone que los temas de física tratados ya se vieron en teoría y en
prácticos de resolución de ejercicios y problemas, y el cálculo de errores en el
curso anterior de Física, por ello no se encontrarán introducciones teóricas.

La organización del manual permite al docente disponer de un conjunto de
guías listas para ser publicadas, está hecho de tal manera que solo le requiere
eliminar las aclaraciones “Para personal docente”.
Se espera que esta contribución, fruto de una experiencia de más de treinta
años en Laboratorios Docentes de Física, sirva de ayuda para la labor docente.
El Autor

INTRODUCCION
El manual considera a los trabajos prácticos de laboratorio de física en dos
grupos, en el primero se ubican las prácticas de Electricidad y en el segundo
las de Óptica.
En el grupo de electricidad se comienza con la medición de una resistencia
conectada a una fuente por el método de voltímetro – amperímetro. Este
circuito se analiza y resuelve como básico en ejercicios y problemas, y es el
que se arma y estudia en ese práctico y en este manual.
Es un método muy apropiado como introducción en el tratamiento requerido
para obtener información de una muestra en general.
Luego se trabaja con circuitos de medición más elaborados que son la antesala
para las mediciones futuras de conductividad y pH.
Por último, se analiza el funcionamiento primario de una instalación eléctrica de
un laboratorio.
En este primer grupo es permisible insistir en la necesidad del análisis de
errores accidentales y sistemáticos. A pesar de que la electricidad es de uso
cotidiano, sus fundamentos y funcionamiento son poco conocidos porque sólo
es posible ver sus efectos finales, con instrumentos que normalmente se
utilizan para analizar sus magnitudes fundamentales que no se encuentran en
lugares comunes, ni siquiera en laboratorios de física de escuelas secundarias.
Por esto es necesario tener una especial paciencia con el estudiante en
general, porque no le es obvio ni le será, lo que para el docente si le es. Los
instrumentos solo corroboran los cálculos, pero no muestran una corriente o
una diferencia de potencial ni se ve como se opone una resistencia a la
corriente.
En el grupo de óptica se verán temas de lentes, microscopía, refractometría y
polarimetría, cada uno con su correspondiente aplicación profesional.
En el caso de refractometría se podrá observar el espectro de la luz y aprender
a utilizarlo para el análisis de muestras químicas y biológicas.
Las experiencias con lentes están dirigidas al correcto uso del microscopio
desde el punto de vista óptico.
En estos casos se tiene la ventaja de que los estudiantes podrán ver
experimentalmente gran parte de lo que se vio teóricamente, con el agregado

de poder trabajar con instrumentos abiertos que en el futuro solo serán cajas
negras, pero como contrapartida el análisis de errores se complica de tal
manera que es conveniente no encararlo. Los focos de atención se
recomienda que se los centre en la observación de la luz descompuesta por un
prisma y su relación con la espectrofotometría, y en la dependencia de las
características del microscopio con el ojo del usuario.
Por último, se debe notar que la numeración de ilustraciones y fórmulas de
aquellas que no quedarán en la guía para el alumno, van acompañadas de una
letra D.

ELECTRICIDAD
CIRCUITOS
Para personal Docente
La teoría básica de circuitos eléctricos es un tema que se vio en los trabajos
prácticos de problemas con algunas aplicaciones dirigidas al laboratorio
profesional.
Con el fin de que el estudiante enriquezca su formación, teniendo en cuenta
que aproximadamente el 90% de las asignaturas de estas unidades
académicas tienen como actividad central la práctica laboratorial y que los
egresados de cualquiera de las carreras que ingresan al mundo laboral
seguramente trabajarán directamente en laboratorios o en actividades
relacionadas a los mismos, es que se profundiza el estudio del tema de la
medición en el laboratorio aprovechando la versatilidad de los circuitos
eléctricos. Por otra parte, no se deja de lado la importancia de insistir sobre el
circuito más básico (resistencia conectada a una fuente real) como herramienta
para entender mediciones más complejas (conductividad y pH).
Se medirán resistencias con los métodos que se estudiaron en las clases
prácticas de problemas en relación a “instrumentos eléctricos”. Se controlarán
errores sistemáticos, analizarán los errores accidentales y se medirán
conductividades de sólidos y líquidos.
Como el uso de la electricidad es imprescindible en cualquier laboratorio y la
energía que se suministra se hace a través de los circuitos de la red
domiciliaria comúnmente llamada “instalación eléctrica”, y los artefactos que se
conectan a la red (fuente) y la red misma presentan obviamente una
resistencia a la corriente, tal como se vio en los prácticos de problemas, se
ejemplificarán estos fenómenos pero en forma experimental. La finalidad es
poder ver cómo estas resistencias influirán con sus corrientes y potencias en
las alteraciones que se produzcan en la instalación y que pueden llegar a
afectar la calidad de lo que se mida en el laboratorio.

ELEMENTOS DE CIRCUITO DEL LABORATORIO DE ELECTRICIDAD
. Básicamente el laboratorio de electricidad utiliza consumidores (resistencias)
fuentes (pilas, transformadores y red domiciliaria) e instrumentos para las
mediciones y controles según el caso (tester o multímetros). Se llamarán
Bornes de un elemento de circuito o instrumento eléctrico, a los terminales
físicos de éstos donde se conectan o enchufan los cables.
FUENTES
Alimentación de circuitos.
Se dispondrá de dos tipos de fuentes de alimentación para los circuitos cuyos
accesos se encuentran alrededor de los mesones de trabajo. Una de ellas es
directamente la red de CA de 220V cuyos tomas (enchufes) son blancos
(figura 1) y la otra, de tensión continua de hasta 10V, suministrada por un
transformador (figura 2) con tomas grises. Es muy importante tener en cuenta
estos datos por bíoseguridad y para evitar la destrucción de instrumentos de
medición o elementos de circuito. Una tercera fuente, la pila de Weston, será
utilizada como patrón de medición
Fig. 1 Fig. 2
Para personal docente
La fuente de 10V, con interruptor general, se alimenta de la red (figura 2) y se
divide en dos,
fuente A y fuente B
(figuras 1D y 3D),
cada una con
interruptor y
selector de tensión
independientes.
Fig. 1D Fig. 2D

El diagrama del circuito eléctrico es el que se muestra en la figura 3D, donde se
puede apreciar que consta de un transformador con un primario y dos
secundarios que reducen la tensión de 220V a 10V, para poder tener las dos
fuentes más o menos independientes.
Fig. 3D
La selección de voltaje se hace desde los bobinados (tipo autotransformador)
para luego rectificar la baja tensión de alterna en forma independiente en cada
fuente. Los rectificadores son del tipo de alternador de automóvil.
La finalidad de esta disposición es la de utilizar un circuito para prácticas poco
sensibles a los cambios de diferencia de potencial y de bajo consumo, y el otro
para alto consumo. Por ejemplo, para el puente de hilo es conveniente poner el
selector (Fig.2D) en 3 o 4 y para la práctica de ley de Ohm al máximo.
Obviamente uno va conectado en la salida de
A y el otro en la de B.
En los tomas grises (fig. 4D) se conectan las
salidas de fuente (fig. 5D) que se componen
de una ficha de tres patas, un interruptor y dos
terminales con conectores en U. Como se
muestra en la Fig. 6D, dependerá de la conexión Fig. 4D
interna si es una salida A o
una B. Para el estudiante la
salida de fuente, es la fuente.
Si la fuente no funciona se
debe revisar lo siguiente:
a) Que la llave del tablero
central da acceso a los tomas de Fig. 5D y Fig.. 6D
220V.

b) Que el cable de la fuente está conectado a 220V.
c) Que las tres llaves de la fuente estén en la posición activa (hacia arriba) y la
luz piloto roja encendida.
d) Que el toma gris del mesón de trabajo funciona. (Se revisa con el tester en
una escala de 10V de continua o mayor, colocando el cable negro en el
conector común (figura 4D) y el rojo en el conector A o el B según sea el caso.
e) Que la salida de fuente funciona. (Se revisa continuidad con el tester en la
función ohómetro, en escala mínima y con la salida desconectada, como se
muestra en la figura 7D). La coincidencia de los extremos de cada cable se
encuentra por prueba y error.
Figura 7D
Pila Patrón
La pila patrón de Weston (Fig. 3) se utiliza como instrumento de medición, y es
el referente más preciso de diferencia de potencial que se conoce. El valor de
la f.e.m., a 20ºC, es de 1,018V y de modo semejante a lo que se hizo para
el amperio internacional, se ha definido el voltio internacional como la
0.0000982028872 parte de la f.e.m., a 20ºC, de una pila de Weston. Una de

sus principales aplicaciones en química consiste en utilizarla para medidas de
pH y potenciales de óxido – reducción.
No se utiliza para alimentar circuitos.
Fig. 3
Para personal docente
La composición química es la que se
muestra en la figura 8D.
Esta pila no se debe inclinar y menos
volcar. En lo posible, después de
moverla se debe dejar al menos 15
Fig. 8D minutos en reposo antes de utilizar.
No se la mide con instrumentos para comprobar su diferencia de potencial,
salvo en caso de sospecha de deterioro. Cuando se va a conectar la pila a un
circuito, primero se conectan los cables al mismo y por último la pila a los
cables. El valor de la fem se puede expresar como ε = 1,0183000V a 20º. La
corrección por temperatura, que no hace falta utilizar en un laboratorio docente,
es:
femt = fem20 – 0,0000406 (t – 20) (1D)

RESISTENCIAS
Resistencias problema: Las resistencias o elementos consumidores, de
carbón o aleación metálica, que se utilizarán como muestras tienen el aspecto
que se muestran en las figuras 4 y 5 respectivamente.
Fig. 4 Fig. 5
Resistencias Patrones: Este tipo de resistencias se utilizan como
instrumentos de comparación y están calibradas con un error relativo constante
del 0,1% (∆Rp/Rp=0,001). Se presentan en cajas con varias resistencias
conectadas en serie que al combinarlas ofrecen valores entre 1Ω y 1110Ω.
Resistencia patrón de clavijas.
En la figura 6 se puede apreciar la caja de resistencias con todas sus clavijas
colocadas (ver clavija en Fig. 11).
Con el fin de explicar el funcionamiento de la caja, se puede ver en la figura 7
la fotografía de una porción del instrumento abarcando solamente cuatro
clavijas colocadas con números indicativos (1,2, 2 y 5) que indican valores de

resistencias en ohmios. Dichas resistencias están conectadas como se indica
en el esquema de la figura 8, donde también están representadas las clavijas
que, como se puede observar, cortocircuitan las resistencias y por lo tanto el
valor total es de cero Ohmios dentro de los errores.
En la figura 9, en el mismo tramo, faltan dos clavijas donde figuran los valores 1
y 2, que como ya se indicó, representan valores de resistencias en serie que al
no estar ya en corto circuito el valor total es de tres Ohmios. Si se sigue
eliminando clavijas se van sumando los valores correspondientes.
Resistencia patrón de llaves.
Fig. 13
Fig. 14
Fig. 12
La resistencia patrón de llaves (fig. 12) tiene un funcionamiento similar a la de
clavijas. Las llaves están colocadas en paralelo a las resistencias y cuando se
cierran eliminan la resistencia correspondiente. Por ejemplo en las figuras 13 y
14 tenemos activas (sin cortocircuitar) la de 100Ω y la de 10Ω, por lo tanto son
110Ω. La caja se conecta por los bornes externos (negro y rojo).
a) Tener en cuenta que la apreciación de la resistencia patrón (1,000Ω en la
de clavijas y 1,00Ω en la de llaves) no es el error absoluto del instrumento. Esto
sucede generalmente con los patrones, donde en este caso, el error relativo es
constante (0,001 y 0,01 respectivamente) y el absoluto es variable, no
coincidente con la apreciación de 1Ω.

b) No conectar nunca la resistencia patrón directamente a los terminales de la
fuente.
Reóstatos: Los reóstatos son resistencias con cursor que se utilizan
combinadas con las fuentes para obtener tensiones variables.
Fig. 15
Fig. 16
a) Los reóstatos, siempre que se conecten a la fuente, se lo hace por los
extremos fijos de la resistencia. Nunca por el borne del cursor y uno de los
extremos fijos.
b) De los tres bornes, el del cursor generalmente se lo ubica en el centro si
éstos están alineados. Cuando el reóstato es lineal, la barra metálica por dónde
se desliza el cursor está conectada directamente al borne correspondiente.

c) Verificar siempre antes de la práctica el ajuste (con los dedos o una pinza) y
buen funcionamiento de los bornes de los reóstatos (con el ohómetro).
INSTRUMENTOS PARA MEDICIONES EN ELECTRICIDAD
Multímetro o Tester
En electricidad el multímetro es el
instrumento por excelencia
debido a su versatilidad. Además
de las magnitudes más
importantes (diferencia de
potencial, corriente y resistencia)
algunos aparatos mas caros
también miden temperatura,
capacidad, frecuencia, etc.
En la figura 17 se muestra un
Fig. 17 tester típico donde se pueden
apreciar las escalas de diferencia de potencial en continua (DCV), las de
diferencia de potencial en alterna (ACV), de corriente en continua ((DCA) y las
de resistencia (Ω). El tester debe permanecer en la posición de apagado (OFF)
cuando no se utiliza. En algunos modelos se apaga desde una llave
independiente al selector de escalas. Cuando el tester trabaja en la escala de
10 A, se debe utilizar la entrada superior 1 y la inferior 3 (ver fig. 17) y los
cables especiales. Es indispensable que en el momento de elegir una
función o escala de este instrumento, el docente esté presente.
Para evitar la destrucción del Tester.
a) No cambiar de escala con el instrumento conectado al circuito ya activo.
b) En todas las funciones y escalas se trabaja entre las entradas 2 y 3 (ver Fig.
17) excepto en la de 10 A que se trabaja entre la entrada 1 y la 3.
c) Controlar que la escala seleccionada sea mayor al valor que se medirá.
d) Cuando el instrumento está en escala de corriente no conectarlo en paralelo
a ningún elemento alimentado por fuente.

e) Cuando está en la escala de ohómetro, no conectar a ningún elemento
alimentado por fuente.
f) Cuando no se utiliza el instrumento, apagarlo.
g) Controlar, al menos una vez por año, que las pilas no se sulfaten.
ESTUDIO Y TRATAMIENTO DE LAS EXPERIENCIAS DE ELECTRICIDAD
EXPERIENCIA: MEDICION DE RESISTENCIAS
Se determinarán valores de resistencias óhmicas a temperatura ambiente
utilizando tres técnicas.
La palabra técnica es la que se utiliza normalmente en los laboratorios de
rutina, para definir la explicación que da un laboratorio proveedor de reactivos
e instrumentos, sobre el procedimiento en la medición de una muestra con sus
productos.
INTRODUCCION
Se sabe, por lo estudiado en la primera parte del curso, que la resistencia
depende de la temperatura de la siguiente manera:
R=Ro(1+ α∆T). (1)
Por otro lado, para medir una resistencia necesariamente se debe hacer
circular por ella una corriente, la cual produce una potencia
P=I2
R (2)
que a su vez, por efecto Joule, se traducirá en un aumento de la temperatura
del conductor en cuestión.
Se llega entonces a una contradicción con los objetivos de la práctica. Siempre
que se quiera medir una resistencia aumentará su temperatura y por lo tanto

nunca se lo hará a temperatura ambiente. Estrictamente esto es así, pero no
desde el punto de vista de los errores de medición.
Para cierto rango de corrientes que circulen por un conductor, se podrá notar
que éste no ha cambiado su resistencia apreciablemente, dependiendo del
error de lectura de los instrumentos y del intercambio de calor con el medio
ambiente, por lo tanto la medición será exacta.
1ª TECNICA: Método Indirecto Absoluto con Voltímetro y Amperímetro.
Se medirá indirectamente una resistencia, controlando la corriente óptima que
permita el mínimo error accidental y no afecte la temperatura de la misma.
Principio metodológico:
Por definición, midiendo diferencia de potencial y corriente.
(3)
Definición general de resistencia
Fig. 18 Fig. 19
Cuando se hace referencia al método no sólo se muestran los circuitos e
instrumentos sino también las fórmulas, que forman parte del mismo. Como en
este caso la definición de resistencia exige la medición de diferencia de
potencial y corriente, se la exhibe junto con el circuito.
El circuito básico es el de la figura 18, pero como la medición debe ser a
temperatura ambiente se agrega, en el circuito de la figura 19, un control de
diferencia de potencial para poder encontrar la corriente óptima de medición.
Los métodos por definición (siempre absolutos) son complejos y caros por la
cantidad de instrumental calibrado que se necesita. Se los utiliza en general
para fabricar patrones de medición y muy rara vez en laboratorios de rutina.

Materiales necesarios
- Tres tester o multímetros. Uno debe poder medir temperatura.
- Un reóstato.
- Una Salida de Fuente tipo A.
- Una resistencia incógnita de aleación.
- Un juego común de cables de tester.
- Un juego especial de cables de tester para 10 A.
- Un cable con terminales en U.
PROCEDIMIENTO
1 – Con la supervisión de un docente armar el circuito de la figura 19, conectar
a la fuente de continua y comprobar si funciona. Identificar cada elemento de
circuito. ¿Se puede considerar óhmica a la resistencia? ¿Por qué este método
de medición es absoluto e Indirecto?
2 – Identificar los instrumentos anotando la función, escala y apreciación con la
que están trabajando y como están conectados.
3 – Comenzando con el reóstato en la posición de corriente cero, aumentar
paulatinamente la alimentación del circuito anotando no menos de siete pares
de valores de corriente y diferencia de potencial. Anote la temperatura de la
resistencia (esto es opcional. El sensor de temperatura o punta de la
termocupla, debe estar colocado en el cuerpo de la resistencia) para cada par
de valores.
4 – Graficar lo obtenido en la medición utilizando como variable independiente
la corriente y la diferencia de potencial como variable dependiente. ¿En que
parte de la gráfica está representada R? Analizar la pendiente de la gráfica
teniendo en cuenta la ley de Ohm. ¿Hasta que valor de corriente se puede
considerar que la resistencia está a temperatura ambiente y por qué?
Esto es lo que se llama control de un error sistemático, porque se lo está
estimando para luego eliminarlo. En este caso si la temperatura sube
apreciablemente respecto a la ambiente (la recta se convierte en una curva
ascendente dado que la pendiente, es decir R, aumenta), se medirá una
resistencia mayor a la que se quiere medir. Para toda corriente entre cero y el

máximo de la zona lineal se puede considerar que la resistencia está a
temperatura ambiente, o sea que el error sistemático no es apreciable.
5 – Graficar la temperatura en función de la corriente. ¿Qué puede concluir al
comparar las dos gráficas?
6 – Calcular el valor de la resistencia en las condiciones propuestas y acotar el
valor obtenido de la misma. ¿Qué par de valores le conviene utilizar para el
cálculo de la resistencia y por qué?
7 – Anotar cualquier observación de situaciones no previstas inherentes a la
medición.
Recomendaciones:
a) Revisar los bornes del reóstato que estén ajustados a la carcasa.
b) Es conveniente conectar el circuito a la fuente A con el selector al máximo.
c) El tester que está en función de amperímetro debe ser colocado en la escala
de 10 A utilizando el borne especial para el positivo (Ver Fig. 17) y se conecta
con cables especiales para 10 A.
d) El tester en función de voltímetro es
conveniente que esté en la escala de 20V
de continua o alguna cercana mayor a 9
V según el modelo.
e) Como se está midiendo la temperatura
de la resistencia para cada corriente, no
es conveniente volver a valores bajos
para repetir mediciones salvo que, en
esos casos, se tengan en cuenta solo los
valores eléctricos y no los de
temperatura.
f) Conexión al reóstato. (Fig. 9D ) Se
debe explicar que el reóstato se coloca
para poder variar la diferencia de
potencial de la fuente y así poder construir la gráfica. Fig. 9D

g) Recordar que este método de medición es absoluto porque no se compara
con un patrón de igual unidad a lo que se quiere medir, e indirecto porque Rx se
obtiene a partir del cálculo de otras magnitudes (I y V).
h) Respuestas a las preguntas: Se sabe que la resistencia es óhmica porque
es de aleación metálica. La resistencia está representada en la pendiente de la
recta o curva. Se puede considerar que la resistencia está a temperatura
ambiente hasta el valor de corriente en el que la gráfica es una recta (esto por
exigencia de la ley de Ohm). El par de valores que conviene utilizar es el de
mayor corriente en la zona recta de la función V=f(I) y esto lo justifica la
propagación de errores
∆R/R=∆V/V+∆I/I (2D)
(se comete el menor error). En la gráfica de temperatura se notarán mayores
variaciones que en la de V=f(I). Un ejercicio interesante para el estudiante es el
de calcular el valor de Rx con los datos más bajos de I y V y comparar errores
y resultados con los datos más altos.
Método de Cuadrados Mínimos
Si los alumnos tienen conocimientos del método de cuadrados mínimos, se
puede utilizar como alternativa del cálculo de la resistencia y su error. La
ventaja es que se utilizan todos los puntos de la zona lineal mejorando de esta
manera el error final. La recta que se obtiene es en general del tipo:
y = a + bx (3D)
donde y = V; b = R y x = I para el caso que se está tratando.
Las constantes a y b (ordenada al origen y pendiente de la recta
respectivamente) se calculan con las calculadoras, que permiten dos variables
estadísticas, o con las fórmulas:
(4D)
(5D)

y los errores de a y b:
(6D)
(7D)
donde r es el factor de correlación y el cuadrado de Sy es la varianza de la
variable y.
Si estos parámetros no los permite obtener directamente la calculadora, se los
calcula con las siguientes fórmulas:
(8D)
(9D)
En general el error absoluto ∆a es mayor o igual que el valor de a, por lo que se
puede considerar que la ordenada es cero y por lo tanto la recta pasa por el
origen.
Curva de Calibración
La recta obtenida con el método de cuadrados mínimos se puede utilizar como
curva de calibración para obtener, por interpolación, una diferencia de potencial
a partir de una corriente conocida, explicando de paso un procedimiento muy
común en los laboratorios profesionales. La resistencia R o pendiente b será la
constante de calibración (ver ejemplo en la página 76)
2ª TECNICA: Método indirecto por comparación.
Principio metodológico: Puente de Kirchoff. Por comparación con una
resistencia patrón Rp.
(4)

Debe cumplirse que IG = 0A (IG = corriente por
el galvanómetro)
Fig. 20
El cambio conceptual del cálculo de una resistencia con puente de Wheatstone
a puente de Kirchoff que se vio en prácticos de problemas, se ve en el cambio
del esquema de circuito (fig. 10D y fig. 11D) y que en lugar de los valores de
las resistencias R1 y R2 se utilizan los valores de sus longitudes.
Fig. 10D Fig. 11D
El cambio metodológico de la medición en el laboratorio, reside en que en lugar
de tres resistencias patrones se necesita sólo una y la medición de dos
longitudes, quedando el procedimiento simplificado en lo práctico y en lo
económico.
El error de la resistencia medida se calcula con:
(10D)
Recordar que el error ∆Rp/Rp es constante y es dato del instrumento. Se toma
como error de lectura de las longitudes ( ∆L1 y ∆L2) la apreciación de la regla
(mm), previa comprobación de que al mover el cursor un milímetro, el
galvanómetro cambia su lectura.
Se debe hacer notar que en el paso de la expresión del cálculo de Rx de la
expresión (11D) a la expresión (12D):

(11D)
(12D)
al reemplazar R1 por ρ1L1/S1 y R2 por ρ2L2/S2 y al simplificar:
(13D)
se está suponiendo que ρ1 = ρ2 (el hilo de resistencia es homogéneo) y S1 = S2
(el hilo de resistencia es de sección constante). Si este supuesto no se cumple
aparecerá un error sistemático. Lo que se le informa al alumno es que este
error estará seguramente dentro de los errores de medición y por lo tanto no se
lo tendrá en cuenta.
Si se quiere controlar este error se puede acudir al método de doble medición,
que consiste en hacer una segunda valoración de Rx intercambiando de lugar
la resistencia incógnita con la patrón. Si la diferencia (en valor absoluto) entre
la primera medición Rx1 y la segunda medición Rx2 da como resultado menor
que el error de medición ∆Rx el error sistemático es despreciable. En caso
contrario, está demostrado que se lo puede eliminar obteniendo el valor final de
Rx con la media geométrica de las dos mediciones:
(14D)
Los errores absolutos ∆Rx, ∆Rx1 y ∆Rx2 serán iguales debido a la raíz cuadrada.
- Un tester
- Un reóstato de hilo con regla milimetrada.
- Una resistencia patrón.

- Una salida de fuente tipo B.
- Un juego común de cables de tester y tres cables con terminales en U.
PROCEDIMIENTO
1 – Con la supervisión de un docente armar el circuito de la figura 20 y
conectarlo a la fuente de corriente continua. Identificar cada elemento del
circuito. ¿Se puede considerar óhmica y a temperatura ambiente la resistencia?
2 – Identificar los instrumentos anotando la función, escala y apreciación con la
que están trabajando y como están conectados.
3 – Para estimar el valor de Rx. Elegir un valor de resistencia patrón de no más
de 50Ω y trasladando el cursor de la regla obtener 0 A de lectura en el tester
(éste en las mismas condiciones que en el punto 1)¿Por qué debe marcar
cero?. Luego pasar la escala del tester a la mínima de corriente (µA) y volver a
encontrar el cero. Calcular el valor de Rx.
4 – Para calcular el valor de Rx con el mínimo error de lectura. Utilizar un valor
de resistencia patrón lo más cercano posible al calculado en 3. Luego seguir
con el procedimiento del paso anterior. ¿Por qué debe ser Rx aproximadamente
del mismo valor que Rp? ¿Por qué es un método de medición por comparación
e indirecto? ¿Qué importancia tienen estos métodos?
Los métodos por comparación (se compara con un patrón de igual unidad a lo
que se está por medir) permiten eliminar de los cálculos algunas magnitudes
que son complejas de medir. En este caso no se necesita conocer el valor de
ninguna corriente ni diferencia de potencial, es decir que el valor calculado para
Rx es independiente inclusive del valor de la f.e.m. de la fuente. Son los
métodos por excelencia en los laboratorios de rutina.
Recomendaciones:
a) Al armar el circuito, colocar la resistencia incógnita a la izquierda y la
resistencia patrón a la derecha, para que de esta manera coincida con el
croquis de la guía y que L1 comience en el cero de la regla.
El puente se conecta a la fuente B con el selector en 3 o 4, verificando que el
hilo no se caliente.

Con el tester, que cumple la función de galvanómetro (escala en 200ma),
comprobar si funciona el sistema. Se enciende la fuente controlando que el
cursor no esté en contacto con el hilo y que la resistencia patrón no tenga el
valor cero (se elimina la clavija correspondiente a 20Ω o 50Ω). Luego, haciendo
contacto con el cursor en varios puntos del hilo, de extremo a extremo, se
verifica que en algún punto la lectura del galvanómetro cambió de signo. Con
esto el equipo está listo para funcionar.
Fig. 12D
b) La elección de la escala en 200mA del tester es para protegerlo. Luego, la
ubicación final del cero, se hace con la mayor sensibilidad del instrumento (en
µA).
c) Recordar que la fórmula para calcular Rx sólo vale cuando la corriente por el
galvanómetro es cero.
d) El punto 3, que pide estimar el valor de lo que se va a medir, es un
procedimiento de rutina en cualquier medición en la que se desconozca
totalmente las cantidades incógnitas. El propósito es proteger los instrumentos
por un lado, y de aprovecharlos al máximo desde el punto de vista del error, por
el otro.
e) Respuestas a las preguntas: La corriente seguro se encuentra dentro de la
zona lineal de la gráfica V=f(I) de la primera técnica (puede comprobarse con
un amperímetro (tester) conectado en serie con Rx) o también deducirlo del
circuito siguiente:

Fig. 13D
La tensión de fuente es la mitad o menor aun de la que se utilizó como máxima
en la primera técnica y, por otra parte la resistencia total es aproximadamente
el doble (la suma de Rx y Rp). Es decir que se disminuyó la caída de potencial y
se aumentó la resistencia.
Si Rx es aproximadamente igual a Rp, entonces L1 es aproximadamente igual a
L2 y se tiene el menor error de lectura en las longitudes.
Se debe recalcar que los métodos de medición por comparación son los de
mayor uso en los laboratorios de rutina.
Medición de resistencia de soluciones.
El método puede utilizarse para medir resistencia en soluciones y por lo tanto
su conductividad. Lo importante es saber que, con corriente continua, en poco
tiempo se polariza la celda y la resistencia que se mide es cada vez menor que
la que se mediría con corriente alterna.
La medición normalmente se hace con un puente de alterna, donde se maneja
el siguiente modelo de celda:
Fig. 14D
La inductividad debido a la masa de los iones se considera
despreciable, por lo tanto el modelo queda sólo con la parte
capacitiva de las placas de la celda y la resistiva por la
viscosidad del medio y el tamaño y la velocidad de los iones
(Fig. 15D). Fig. 15D

Con corriente continua, si tenemos en cuenta las expresiones de la impedancia
inductiva y capacitiva respectivamente:
ZL = 2πfL (15D)
ZC = 1/2πfC (16D)
como la frecuencia f es cero, la ZL será cero y la ZC infinita, por lo tanto el
modelo de impedancia de líquidos en continua es como si fuera el de un
sólido::
Fig. 16D
Los materiales que habría que agregar son, un vaso de precipitación chico (Fig.
17D) y las placas – electrodos (Fig. 18D). El montaje completo, con la solución
y las placas totalmente sumergidas se muestran en la figura 19D.
Fig. 17D Fig. 18D Fig. 19D
Se debe prever que la concentración de la solución que se va a utilizar, permita
resistencias dentro del rango de la resistencia patrón que se dispone. Si son
mucho mayores, la longitud L1 será muy pequeña llevando a cometer errores
grandes de lectura.
Para calcular la conductividad, se parte de la resistividad (relación (5)) por lo
que se necesita medir la distancia L entre placas y los lados de las mismas
(con calibre) para el cálculo de la superficie S.
ρx = Rx S/L (17D)
Donde finalmente la conductividad es:

σx = 1/ρx. (18D)
O también, directamente como:
σ = R S/L (19D)
El error de la resistividad está dado por:
(20D)
Que será el mismo para la conductividad.
3ª TECNICA: Método Directo con Ohómetro. Cálculo de la Conductividad.
Medición de la resistencia y la conductividad de un conductor de carbón.
Principio metodológico: Medición directa de la resistencia Rx con Ohómetro e
indirecta (absoluta) de la conductividad a partir de que la resistividad es:
ρx = Rx S/L (5)
Y la conductividad es:
σx = 1/ρx. (6)
La conductividad σ se mide en mho/m para los electricistas o Siemen/m para
los químicos (en el SIMELA).
- Una resistencia de carbón.
- Un tester.
- Un juego común de cables de tester.
- Un calibre.

PROCEDIMIENTO
1 – Encontrar la escala del tester que más se adecua al valor de la resistencia
para medir con el mínimo error.
2 – Medir y acotar la medición. ¿Por qué este método es absoluto y directo?
¿Se puede asegurar que la medición se hizo a temperatura ambiente?
3 – Medir la longitud y el diámetro del conductor para calcular su resistividad y
conductividad. Acotar los resultados.
4 – Medición de la resistencia del cuerpo humano. Medir la resistencia entre las
manos (¿por donde pasa la mayor parte de la corriente?). Si una persona está
en contacto con alta tensión y ante la imposibilidad de contar con algún
elemento aislante ¿por qué es más seguro tratar de alejarla a puntapié?
a) Recordar que el método es directo y por comparación porque la escala está
directamente en Ohmios. El tester genera la corriente necesaria para poder
medir y es del orden de los µA, por lo que no se puede apreciar el
calentamiento de la resistencia y no habrá error sistemático por este motivo.
b) Para calcular la resistividad (o la conductividad) se mide con un calibre la
longitud y el diámetro de la resistencia. Con el diámetro se calcula la sección
como:
S = πD2
/4 (21D)
El error de S será:
∆S/S = 2 ∆D/D (22D)
Para el cálculo de la conductividad y sus errores ver desde
la expresión (17D) a la (20D).
c) Se puede medir conductividad de soluciones con el tester
utilizando la cuba de la figura 19D. Se debe tener en cuenta
que también se produce el efecto de polarización, pero
menos cuánto mayor es la sensibilidad del instrumento. Esto
porque su resistencia interna es mayor y las corrientes
serán menores (ver fig. 20D). fig. 20D
d) Para medir la resistencia del cuerpo humano se debe elegir la mayor escala
del ohómetro y se lo hace entre las dos manos. Recordar que un cuerpo

cualquiera no tiene una resistencia determinada, sino que depende del eje que
se toma como referencia.
e) A una persona en contacto con alta tensión conviene alejarla a puntapié por
dos razones:
1) el circuito a tierra se cierra por las piernas y la corriente no pasa por el
corazón, cosa que si sucede si se toma a la persona con las manos.
2) el contacto tiene que ser de corta duración para que los músculos de las
piernas no se contraigan y no se pierda la estabilidad.
EXPERIENCIA: MEDICION DE FEM DE PILAS
Se medirá la fem de una pila mediante su diferencia de potencial en bornes.
INTRODUCCION
En general se mide la fem de una fuente cuando interesa analizar las
características físicas o químicas de los elementos que la producen, porque
existe una relación biunívoca entre la combinación de estos y el valor obtenido.
Este procedimiento se conoce como Potenciometría y se utiliza para
identificación de sustancias, medición de concentraciones y pH.
En realidad una fem no se puede medir directamente, sino que se lo hace
mediante la diferencia de potencial en bornes que aparece debido a la
distribución de las cargas
Método de comparación y compensación de Poghendorff (relación (9) y figuras
22 y 23).
El método es principalmente de compensación, porque la fuente de fem ε
compensa mediante la caída de potencial en la resistencia de hilo ya sea la εp o
la εx, logrando con esto anular la corriente Itot, que es la que pasa por las
fuentes en estudio. También es de comparación porque se utiliza un patrón en
voltios (pila de Wheston), para calcular la fem incógnita.

La diferencia de potencial de una fuente de fem se mide conectando un
voltímetro en sus bornes y lo que se lee es según el circuito de la figura 21 y la
fórmula (7):
Vab = ε - Itotr (7)
Fig. 21
El término Itotr, que aparece debido a la energía que necesita el voltímetro para
funcionar, se lo debe tratar de hacer despreciable frente al error ∆V para que la
lectura coincida con el valor de la fem, es decir que Itot debe ser muy pequeña
o cero en el mejor de los casos y por lo tanto se podrá asegurar, de (7), que:
Vab = ε (8)
Un voltímetro que puede hacer cumplir siempre la condición Itot=0 es el llamado
puente de Poghendorff, cuyo circuito se muestra en las figuras 22 y 23.
Si la corriente por el galvanómetro es cero dentro de los errores entonces:
(9)
.
Fig. 22 Fig. 23
Como en el caso del puente de Kirchoff, para poder llegar al cociente de las
longitudes se debe considerar al hilo de resistencia homogéneo y de sección
constante.

Si no fuera el caso, en este método no se puede eliminar el error sistemático
producido. Sí se puede minimizar si se miden fem cercanas a la patrón, puesto
que las lecturas de las longitudes se toman del mismo lado y serán muy
parecidas.
- Una pila patrón de Wheston
- Un reóstato de resistencia de hilo con cinta métrica.
- Un tester.
- Una fuente para compensación. (Salida de fuente B)
- Un reóstato para calibración. (R1)
PROCEDIMIENTO
1 – Armar el circuito de la figura 22 sin el reóstato R1. (Consultar con el
docente)
La llave de la fuente B es
conveniente que esté en la
posición 2 o 3 y no más,
para que la resistencia de
hilo no se caliente
apreciablemente.
Cuidar que la conexión en
común de la fuente de
compensación ε y la patrón
o la incógnita, sean del
mismo signo (positivo –
positivo o negativo –
negativo) para que se
puedan compensar las
diferencias de potencial (ver Fig. 21D

figuras 22, 23 y 21D).
El reóstato R1 puede eliminarse para simplificar la experiencia, conectando el
borne positivo directamente al extremo derecho del reóstato de la
resistencia de hilo.
No dejar conectada mucho tiempo la pila patrón si el puente no está
compensado, porque corre el riesgo de descalibrarse por un tiempo.
2 – Mover el cursor hasta que el galvanómetro marque cero y leer Lp
3 – Reemplazar la pila patrón por la pila incógnita y mover el cursor hasta
lograr nuevamente el cero en el galvanómetro y anotar Lx.
4 – Calcular el valor de la fem εx y el error cometido.
El error de εx será:
(23D)
Calibración del puente de Poghendorff.
Una forma más compleja pero más profesional de medir es con el puente
calibrado.
Se entiende por calibrar un instrumento medir su apreciación (o constante de
calibración) y calcular el error de esa medición, que es lo que se llamará la
exactitud de dicho instrumento.
Si se acepta que las longitudes L se pueden representar como un cierto
número N de divisiones, sin tener en cuenta que cada división mide un
milímetro, entonces acomodando la relación (9) se puede expresar como:
(24D)
y reemplazando:
(25D)
donde K es la constante de calibración del instrumento y por lo tanto su
apreciación expresada en V/Div (Voltios por división).

El error ∆K/K o sea el error de calibración será:
(26D)
que multiplicado por 100 es la exactitud del instrumento.
Por ejemplo, si se quiere calibrar el puente para un alcance de 2V, el
procedimiento consiste en hacer εx = εmax = 2V y Nx = Nmax = 1000Div, despejar
Np, reemplazar y calcular:
(27D)
la constante valdrá
K = εp/Np =1,018V/509Div = 0,002000V/Div (28D)
con una exactitud del 0,3 % (calcularla con la expresión (26D) multiplicada por
100) . La apreciación será de 0,002V (ver la expresión 28D).
Ya, con todo calculado, se calibra el puente colocando la pila patrón y el cursor
en la división 509. Con el reóstato R1 se controla que la lectura del
galvanómetro marque cero en estas condiciones.
El mínimo alcance que se puede dar al puente es el valor de εp y será también
cuando el puente trabaje con la mejor exactitud. Para alcances mayores la
exactitud irá empeorando y la resistencia de hilo se irá calentando.
La medición εx se acota, si se toma la apreciación como error, de la siguiente
manera:
εx m K (29D)
EXPERIENCIA: ANALISIS DE CIRCUITOS CON CONEXIÓN EN PARALELO
Se conectarán y desconectarán sucesivamente resistencias en paralelo de muy
distinto valor, luego se medirá corriente total y tensión en bornes en cada caso,
con el fin de analizar los resultados en analogía con una instalación eléctrica de
laboratorio o un cable alargador tipo zapatilla.

La resistencia de una instalación mal calculada o de un alargador tipo zapatilla
mal utilizado, pueden traer problemas en las determinaciones de un laboratorio.
Los más comunes son la descalibración de instrumentos, mal funcionamiento
de centrifugadoras, recalentamiento de bombas y heladeras, etc. Con esta
práctica se pretende explicar que significa “mal uso de la instalación”, a partir
de la observación de los instrumentos (de los cuales no se dispone en las
instalaciones de comunes) y del concepto de resistencia.
Circuito con voltímetro (mide Vab) y amperímetro (mide Itot) y
resistencia equivalente en paralelo (ver figura 24).
Sobre una pequeña instalación (ver figura 25), se conectan un
voltímetro y un amperímetro en la entrada de la misma.
Enchufando una o más cargas resistivas se registrarán la
diferencia de potencial en bornes y la corriente total
respectivamente. Se analiza con la relaciones (6) y (2).
Fig. 24
Fig. 25 Fig. 26

- Una tabla simuladora de circuito de red (Fig. 25).
- Dos tester.
- Un juego de cable común de tester
- Un juego de cable especial para 10 A.
- Juego de resistencias con ficha de dos patas para red. (Fig. 26)
- Tres lámparas para 12V con fichas de dos patas para red. (Optativo)
- Una salida de fuente A y una salida de fuente B.
PROCEDIMIENTO
1 – Conectar los instrumentos al circuito derecho del tablero y a éste último a la
alimentación de continua siguiendo las indicaciones del docente. ¿Qué mide el
voltímetro? ¿Qué mide el amperímetro? ¿Por qué?
2 – Ir enchufando las resistencias disponibles de a una, anotando sus valores,
leyendo cada vez la diferencia de potencial y la corriente anotando estos datos
en una tabla. ¿Qué cambios observa en las lecturas según el valor de la
resistencia enchufada?
3 – Desenchufe una resistencia de bajo valor y anote las lecturas. Enchufe la
misma resistencia en el circuito de la izquierda y tome de nuevo las lecturas.
¿Qué puede concluir?
4 – Calcule la resistencia interna de la fuente. (Resistencia de la instalación)
Recomendaciones:
a) La tabla es de doble circuito (circuitos en paralelo por supuesto) con las
llaves térmicas que representan el tablero general del laboratorio.
b) Al circuito derecho se lo conecta a la fuente A (selector en máxima posición)
con la salida de fuente correspondiente y al izquierdo en la fuente B.
c) El voltímetro debe estar en una escala de 20V (o cercana a esta pero mayor
que 9V). El amperímetro debe estar en la escala de 10A y conectado con los
cables especiales (ver fig. 22D y fig. 23D).
d) Los cambios que se deben observar, sobre todo cuando se colocan bajas
resistencias, son que la corriente aumenta abruptamente y la diferencia de
potencial disminuye un poco.

Se explica que esto se debe a la resistencia de los cables de instalación que
hacen de resistencia interna. Para analizar el problema y para mostrar como se
puede evitar se recurre a la relación:
Vab = ε - Itotr (30D)
En el término Itotr la resistencia es la de los cables de instalación o el cable de
la zapatilla. La corriente dependerá de lo que se conecte en la instalación o
zapatilla.
e) La prueba con los focos, si se dispone de ellos, es muy ilustrativa por las
diferencia de iluminación al ir conectándolos. Las lámparas pueden ser focos
de posición de automóvil.
Fig. 22D Fig. 23D

Lo óptimo es que este término no supere los 5V (suponiendo una instalación de
220V) pero si lo hace, es porque los cables son demasiado largos o de sección
pequeña según la relación:
(31D)
La solución es que los cables que alimentarán aparatos de baja resistencia o
alto consumo (más de 500W), sean de sección grande para que r disminuya y
que estén separados de los cables que alimentarán aparatos sensibles o
calibrados.
Las zapatillas baratas son generalmente de sección pequeña (resistencia alta)
para ahorrar costos en el cobre.
f) Para calcular la resistencia interna de la fuente se despeja r de la relación
(30D):
r = (ε – Vab)/Itot r = (Vo – Vab)/Itot (32D)
donde ε o Vo es lo mismo en términos de la medición.
La Vo (Vo = tensión en vacío) se mide cuando no está conectada ninguna
resistencia en el tablero. Para medir Itot y Vab se coloca una resistencia de bajo
valor para mejorar la lectura.

OPTICA
INTRODUCCION
En este tema se trabajará con lentes convergentes, refracción y polarización.
Las lentes convergentes se utilizan en los microscopios simples (lupas) y
compuestos para amplificar la imagen respecto de un objeto desde
aproximadamente 3 a 1000 veces. En las clases de problemas se analizó el
funcionamiento de estos instrumentos ópticos a través del cálculo y el dibujo,
partiendo de la lente básica hasta llegar a la interacción ojo – lente.
El objetivo de las prácticas de lentes en el laboratorio, llegando al armado de
un microscopio compuesto, es afianzar el concepto de instrumento óptico para
su correcto uso profesional, insistiendo fundamentalmente en que el poder
amplificador depende del aumento angular y por ende, del punto próximo que
es particular para cada persona. Es decir que los datos comerciales de las
lupas y de los oculares son aproximados para el ojo promedio. El estudiante
debe poder diferenciar cuando una lente está siendo utilizada como
instrumento óptico y las implicancias procedimentales si el ojo del observador
es defectuoso.
La refractometría, basada en la desviación de la luz cuando pasa de un medio
material transparente a otro, se utiliza frecuentemente en la actualidad en
técnicas de obtención de concentraciones y propiedades de sustancias.
Se realizarán mediciones de índices de refracción utilizando la ley de Snell en
una primera parte, y luego con un refractómetro profesional.
Por último, se utilizará el principio de descomposición de la luz por refracción
para construir y utilizar un espectrofotómetro abierto
Por mucho tiempo, una de las aplicaciones de la refracción fue el uso del
prisma como elemento monocromador de espectroscopios y
espectrofotómetros. El espectrofotómetro es el instrumento de batalla para
medir concentraciones de soluciones.
Analizando la luz polarizada es la única manera de saber que está presente.
Se puede analizar con polarizadores o con sustancias birrefringentes.
La utilización de la luz polarizada en la química, se centra en el análisis
cualitativo de sustancias birrefringentes, y cuantitativo de sustancias
ópticamente activas.

En una primera parte se experimentará con la polarización de la luz y en la
segunda parte se harán mediciones sobre sustancias ópticamente activas.
La primera experiencia cotidiana con la luz polarizada fue con la actividad
fotográfica, en la que se lograron efectos especiales de contraste anteponiendo
a la lente un polarizador. Luego, el cristal de algunos anteojos para sol de
mayor precio eran polarizadores, con la finalidad de disminuir la intensidad de
luz que llega al ojo. Desde que se inventaron las pantallas de cristal líquido
(LCD) el ojo se tuvo que acostumbrar a la luz polarizada, sobre todo cuando se
aplicaron a televisores y computadoras. Esta familiaridad para el ojo no se
condice con el conocimiento que tiene la gente del hecho en cuestión. En
general no se sabe que se está observando luz polarizada sino, que con el
tiempo, se siente un cansancio visual sin poder atribuir su origen.
ESTUDIO Y TRATAMIENTO DE LAS EXPERIENCIAS DE OPTICA
LENTES CONVERGENTES
EXPERIENCIA: MEDICION DE LA DISTANCIA FOCAL Y EL AUMENTO
LATERAL
Medición de la distancia focal f y de el aumento lateral m de una lente
convergente.
Principio metodológico: Se calcularán f y m a partir de las mediciones de p
(distancia objeto) y q (distancia imagen) y de I (tamaño imagen) y O (tamaño
objeto), utilizando las siguientes expresiones:
(10)
(11)
La práctica comienza con la obtención de la distancia focal de las dos lentes
convergentes que se utilizarán (mediante p y q) y la medición del aumento

lateral, de la lente de menor distancia focal para varias posiciones del objeto
(midiendo I y O con una regla o un calibre). Se debe recalcar que todavía no se
está en presencia de un instrumento óptico.
Materiales necesarios:
- Un banco óptico con cinta métrica. (Fig. 27)
- Una lente convergente. (Fig. 28)
- Una pantalla. (Fig. 29)
- Un objeto segmentado con fuente de luz. (Fig. 30)
Fig. 27 Fig. 28 Fig. 29 Fig. 30
Con los elementos de las figuras 27, 28, 29 y 30 arme el dispositivo de la figura
31.
Fig. 31

1 – Analice la imagen proyectada en una pantalla de una lente convergente
para distintas posiciones del objeto. Identifique p y q. ¿Cómo se llama
comúnmente este dispositivo óptico? ¿La imagen es real o virtual? ¿Cómo
sabe? ¿Cómo explica una imagen borrosa sobre la pantalla?
2 – Para una determinada posición del objeto en la que el tamaño de la imagen
es mayor que el tamaño del objeto, calcule la distancia focal de la lente.
Calcule el aumento lateral con I y O y con p y q. ¿Cuál de las dos mediciones
es más precisa? Compare errores.
Es necesario que la pantalla esté a una distancia mayor que cuatro distancias
focales respecto al objeto.
Si esta distancia es aproximadamente igual a 4f la indeterminación de la
posición de la lente es muy grande (esto se puede analizar de la curva q =
f(p)), y si es menor a 4f las imágenes estarán fuera del alcance de la pantalla.
Es muy importante controlar (mirando desde un costado y desde arriba) que
todos los elementos están alineados en el eje óptico de la lente, y que éste esté
paralelo al banco óptico.
Si se decide calcular los errores en esta parte de la práctica, que no es tan
complicado, se lo puede hacer como se muestra en las siguientes relaciones,
pero teniendo en cuenta que en lo que sigue los desarrollos ya sobrepasan al
nivel del curso.
El error del cálculo del aumento lateral es:
(33D)
Como p y q son mucho mayores que I y O, y como todo se midió con el mismo
error absoluto, se puede apreciar que en el primer caso el error es menor.
Si se calcula la distancia focal con:
(34D)
El error del cálculo de la distancia focal es:
(35D)

Si se calcula la distancia focal con:
(36D)
El error del cálculo de la distancia focal es:
(37D)
Si se calcula la distancia focal con (34D), se puede demostrar que el error
obtenido es tres veces menor que si se la calcula con (36D). Pero es más fácil
justificar la propagación (37D) que la (35D)
3 – Coloque el objeto entre el foco (ya calculado) y la lente, y mueva y observe
la pantalla. ¿Qué concluye? ¿Se está en presencia de una lupa?
Cuando el objeto pase la posición del foco hacia la lente, se notará que la
imagen se pierde y solamente se ve luz en la pantalla. La imagen ahora es
virtual pero el ojo no la detecta.
¿Cómo es esto posible si se insistió en teoría y los prácticos de problemas que
el ojo puede ver las imágenes virtuales? Esto es cierto si el ojo forma parte del
sistema, es decir que ve a través de la lente y este no es el caso. Entonces no
se está en presencia de una lupa.
EXPERIENCIA: MEDICION DEL PUNTO PROXIMO Y DEL AUMENTO
ANGULAR A OJO DESNUDO

Se mide el punto próximo a partir de su definición y el aumento angular también
a partir de su definición (12), con la relación de los tamaños de las imágenes
observadas. (Ver figuras 32 y 33)
(12)
Fig. 32 Fig. 33
- Dos láminas segmentadas (figura 34).
Fig. 34
PROCEDIMIENTO
Partir del instrumento óptico básico que es el ojo. Observar dos objetos
pintados en forma segmentada en partes iguales sostenidos uno en cada mano
con los respectivos brazos extendidos (igual distancia). Acerque uno de los
objetos al ojo observando como el aumento angular permite la visualización de
más detalles. Cuando comience ha ver borroso el objeto, mida la distancia
objeto – ojo ¿cómo se llama esa distancia? Calcule el aumento angular en esta
última posición de los brazos utilizando la relación de tamaño entre las dos
imágenes.
Lo que debe observar el estudiante es lo que se muestra en las figuras 24D
con los dos brazos extendidos y 25D con uno de los brazos acercando el objeto
al punto próximo. (La relación de láminas de la figura 25D es sólo ilustrativa).

Fig. 24D Fig. 25D
No es fácil lograr que el estudiante acepte que efectivamente hubo un aumento
de la imagen para el ojo, y no que “parece más grande porque está más cerca”.
EXPERIENCIA: MEDICION DEL PODER AMPLIFICADOR DE LA LUPA O
MICROSCOPIO SIMPLE
Se mide indirectamente el poder amplificador de la lupa a partir de la definición
particular para la lupa (con el punto próximo y la distancia focal (ver 13)), y con
la definición general (con la relación de los tamaños de las imágenes
observadas (ver 12)).
(13)
- Una lente convergente.
- Una laminilla segmentada.
Fig. 35 Fig. 36
PROCEDIMIENTO
1 – Observe la muestra segmentada a través de la lupa con un ojo y
directamente con el otro ojo. Trate de unir las dos imágenes.
Lo que debe observar el alumno es lo que muestra la figura 26D (sin la
circunferencia, que sólo indica que esa imagen se mira a través de la lupa).
Fig. 26D

Este es el momento para explicar la diferencia del aumento angular con el
aumento lateral. Al primero no se lo puede medir con instrumentos y solamente
se tiene la comparación en la cabeza del observador según lo que ve el ojo.
Fig. 27D Fig. 28D
Se debe hacer recordar al estudiante que el observador coloca el objeto en el
punto próximo para verlo detalladamente, pero no puede acercarlo más (Figura
27D). Con la lupa se puede sobrepasar esa frontera, logrando aumentar el
ángulo subtendido (Figura 28D).
2 – Que un compañero mida la distancia objeto – ojo.
Esta distancia debe ser menor que la del punto próximo del observador.
3 – ¿A qué distancia estima Ud. que ve la imagen?
Esta distancia debería ser aproximadamente la del punto próximo del
observador.
4 – Estime la relación de segmentos entre las dos imágenes Calcule el
aumento angular. Compararlo con el cálculo teórico.
5 – Con la ayuda de alumnos con defectos ópticos, realizar la operación pero
sin los anteojos recetados ¿los resultados son diferentes?

Debería ser diferente por la dependencia de M con el punto próximo, que
generalmente en los estudiantes con problemas visuales es bastante menor a
25cm (en la miopía, que es el defecto más común en lo jóvenes).
6 – Calcule el aumento angular con la relación (12)
En este caso se plantea la disyuntiva de si se utiliza para el cálculo el punto
próximo estándar (25 cm) o el medido en cada estudiante. Se recomienda que
calculen los dos y comparen estos valores obtenidos y con el anterior
(comparación relativa de imagen y objeto).
El error de M se puede calcular propagando la relación (12), quedando de la
siguiente manera:
∆M/M = ∆Pprox/Pprox + ∆f/f (38D)
A pesar de que con el primer procedimiento no se puede calcular el error, es el
aumento angular calculado más cercano a la realidad (más exacto). Es lo que
se ve. Además la relación (12) es una aproximación.
EXPERIENCIA: CONSTRUCCION DE UN MICROSCOPIO COMPUESTO
Se construirá un microscopio abierto y se medirá su poder amplificador.
Se construye a partir del armado de un proyector al que luego se le adiciona
una lupa.
El poder amplificador se obtiene combinando lo que primero aumenta
lateralmente el proyector, con lo que después aumenta angularmente la lupa.
PROCEDIMIENTO

1 – Coloque la muestra en el portaobjeto y obtenga una imagen nítida en la
pantalla moviendo la lente (Fig. 37). ¿Dónde debe estar la muestra respecto de
la lente para verla aumentada en la pantalla? (Que funcione como proyector)
Fig. 37
2 – Tome las dimensiones del objeto y de la imagen con una regla milimetrada.
Calcule el aumento. ¿Cómo se llama este aumento?
3 – Tome una lupa con la mano e inspeccione la imagen de la pantalla hasta
verla nítida. ¿Cómo ve y donde ve la imagen ahora?
4 – Coloque la lupa en el banco óptico (Fig. 38) y cuando obtenga imagen
nítida, fije la lente. Con un ojo mire a través de la lupa y con el otro
directamente a la pantalla. Calcule la relación entre la primera y la segunda
imagen. ¿Cómo se llama este aumento? ¿Cuánto vale el aumento total? (Que
alumnos con problemas en la vista, repitan la operación sin los anteojos
recetados).
Fig. 38

El aumento total será un cálculo obvio para el estudiante. Lo que aumentó
primero por lo que aumentó después.
Pero se debe recordarle que el poder amplificador del microscopio está definido
(sin entrar en demasiados detalles como ojo en descanso, imagen al infinito,
etc.) de la misma manera como:
(39D)
que para el microscopio profesional haciendo la aproximación:
(40D)
queda finalmente:
(41D)
L es la longitud del tubo del microscopio.
5 – Eliminando la pantalla observe a través de la lupa. ¿Qué concluye? (Fig.
39)
Fig. 39
6 – Describa la óptica del microscopio construido y la función de cada lente.

8 – Trabajar con el microscopio profesional. Analizar y explicar los datos de
este microscopio. Describir cada componente (Figura 40)
Fig. 40
Tener en cuenta los siguientes pasos para enfocar:
a) Cuanto mayor es el aumento del objetivo, más cerca estará del portaobjeto y
con mayor probabilidad de romperlo (pedir al estudiante la justificación teórica
de esto).
b) Centrar la muestra del portaobjeto (con los tornillos de movimiento hacia
delante, hacia atrás y hacia los costados) mirándola directamente y no por el
ocular, como primera aproximación. Lo mismo con la distancia del objetivo al
portaobjeto (con el tornillo de ajuste grueso).
c) Terminar de acomodar mirando por el ocular y enfocando con el ajuste fino.

REFRACCIÓN DE LA LUZ
EXPERIENCIAS BÁSICAS DE
REFRACTOMETRÍA Y ESPECTROFOTOMETRIA
1ª PARTE
EXPERIENCIA: MEDICION DEL INDICE DE REFRACCION DEL ACRILICO
CON TRES TECNICAS
1ª TECNICA: Aplicación de la ley de Snell (ver (14)) a un haz de luz láser que
incide desde el aire a la sustancia objeto de estudio y viceversa.
(14)
Fig. 41
El hecho de utilizar una fuente de luz láser, conlleva a un salto conceptual muy
sutil entre lo que se vio teóricamente como la herramienta rayo de luz y el haz
de luz que se observa en el laboratorio. En el primer caso se tiene una
abstracción que indica una dirección seleccionada de un frente de onda
esférico. En el segundo caso es la única dirección de una luz con frente de
onda plano. Esto, en general, no es notado por el estudiante y se recomienda
no entrar en detalles, si no hay preguntas, para no desviarse del objetivo de la
práctica o contaminar la información planificada.
Hacer mención al porqué de la cara circular del acrílico.
- Medio círculo de acrílico (Fig. 42).
- Láser con fuente de alimentación (Fig. 43).
- Goniómetro de 360º. (medidor de ángulos)(Fig. 44)

Fig. 42 Fig. 43 Fig. 44
PROCEDIMIENTO
1 – Medición del índice de refracción con incidencia desde el aire: colocar el
medio círculo de acrílico sobre el goniómetro y hacer incidir el rayo de luz láser
por la cara plana del mismo y por el centro del círculo (consultar con el
docente). Medir los ángulos y calcular (no se calcula error). Analice la marcha
de rayos ¿El ángulo de incidencia conviene que sea grande o pequeño? ¿Es
importante la frecuencia del rayo de luz?
El puntero láser se debe inclinar de tal manera que el haz se vea reflejado en el
goniómetro. Tratar de elegir ángulos de incidencia por décadas (20º, 30º, 50º,
etc.), para facilitar la medición y los cálculos (ver figura 29D).
Fig. 29D
Los ángulos es conveniente que sean lo más grandes posible para disminuir
los errores de lectura. La frecuencia de esta luz láser es de 650nm y es para la
que se mide el índice de refracción. Como no se calcula el error, en principio no

es importante para qué frecuencia se midió y se puede decir que es un índice
medio.
2 - Medición del índice de refracción con incidencia desde el acrílico: colocar el
medio círculo de acrílico sobre el goniómetro y hacer incidir el rayo de luz láser
por la cara circular del mismo, en forma radial y perpendicular (consultar con el
docente). Medir los ángulos y calcular (no se calcula error). Analice la marcha
de rayos ¿El ángulo de incidencia conviene que sea grande o pequeño?
La disposición es la que se muestra en la figura 30D:
Fig. 30D
2ª TECNICA: Medición del índice de refracción con reflexión total.
(15)
αlim = Angulo límite para reflexión total cuando ni>nT.
(Para ángulo iguales o mayores que el límite la luz no se transmite al otro
medio, sino que se refleja totalmente)

- Medio círculo de acrílico.
- Láser con fuente de alimentación.
- Goniómetro de 360º. (medidor de ángulos)
PROCEDIMIENTO
Colocar el medio círculo de acrílico sobre el goniómetro y hacer incidir el rayo
de luz láser por la parte circular del mismo y en forma radial consiguiendo la
reflexión total (consultar con el docente). Medir el ángulo límite y calcular (no
se calcula error). Analice la marcha de rayos ¿El ángulo de incidencia que se
mide puede ser mayor que el ángulo límite?
La disposición es la que se muestra en la figura:
Fig. 31D
Se debe mover repetidamente el laser para poder observar con seguridad el
rayo rasante.
3ª TECNICA: Medición del índice de refracción con ángulo de desviación
mínima.

(16)
Fig. 45
Cálculo de n con el ángulo de desviación mínima. (αi =αT)
(A = ángulo de refringencia del prisma; γmín= ángulo de desviación mínima.)
- Prisma triangular de acrílico.
- Goniómetro de 360º. (Medidor de ángulos)
PROCEDIMIENTO
Colocar el prisma triangular de acrílico sobre el goniómetro y hacer incidir el
rayo de luz laser por una de las caras del mismo, consiguiendo el ángulo de
desviación mínima (consultar con el docente). Medir dicho ángulo y calcular
(no se calcula error). Analice la marcha de rayos.
Primero se alinean los ceros del goniómetro con el laser solo (figura 32D), y
luego sin moverlo se coloca el prisma (figura 33D).
Observar en la figura con el prisma que este no está centrado en el goniómetro,
sino que se lo corre un poco hacia la derecha.
Se hace girar el prisma a un lado y al otro para encontrar la desviación mínima
(cuando más se acerca al cero el rayo saliente) y se lo fija en esa posición para
medir.
Por el tipo de fórmula, obviamente no se calculará el error de la medición. Pero
es conveniente comparar el valor de n del acrílico medido con los distintos
métodos.

Fig. 32D Fig. 33D
2ª PARTE
EXPERIENCIA: MEDICION DEL INDICE DE REFRACCION DEL AGUA CON
DOS TECNICAS
1ª TECNICA: Medición del índice de refracción del agua con prisma hueco.
Es idéntico al de la 2ª técnica de la 1ª parte.
- Prisma triangular de vidrio hueco.
- Goniómetro de 360º. (Medidor de ángulos)
PROCEDIMIENTO
Es idéntico al de la 2ª técnica de la 1ª parte.

2ª TECNICA: Medición del índice de refracción del agua con refractómetro de
Abbe.
Principio metodológico: El refractómetro de Abbe funciona en base a la
reflexión total que se produce entre un prisma y la sustancia. A través de un
ocular, se ve una retícula donde se centra el límite entre las zonas de luz
refractada y no luz, para así luego tomar la lectura sobre una escala calibrada.
- Un refractómetro de Abbe (figura 46).
- Una lámpara de sodio (figura 47).
Fig. 46 Fig. 47
PROCEDIMIENTO
1 – Prender la lámpara de sodio para que se caliente.
Explicar que se usará una lámpara de sodio porque es la frecuencia estándar
que se utiliza para dar los valores de tabla.
Al encender la lámpara, la luz tiene un tinte rosado que luego irá hacia el
amarillo cuando se caliente.
2 – Preparar el refractómetro en los siguientes pasos:
a) Iluminar la escala con el espejo ubicado a la izquierda del aparato.

Se abre el espejo (Fig. 34D) y
se lo hace rotar hasta que se
observa por el ocular que la
escala se ilumina (Fig. 35D).
Fig. 34D Fig. 35D
b) Enfocar la escala haciendo rotar el ocular.
c) Hacer rotar la perilla de la izquierda para verificar que la escala se
mueve.
La perilla de la izquierda (Fig. 36D)
es la que mueve la escala. También
moverá la zona divisoria luz–sombra
en relación al retículo.
Fig. 36D
d) Verificar rango y apreciación del instrumento.

e) Levantar el prisma superior y colocar la muestra con una pipeta.
En la figura 37D se ve el prisma superior
levantado, aún con la tapa obturando la
entrada de luz. Donde se indica “Muestra”
se coloca una gota con la pipeta. Al bajar el
prisma superior, la gota se expandirá por
tensión superficial.
Fig. 37D
f) Bajar el prisma y abrir la tapa superior de luz.
La figura 38D muestra el prisma superior apoyado
sobre el inferior, y la tapa de luz subida.
La tapa debe quedar absolutamente vertical para que
no se cierre.
Fig. 38D
g) Colocar la luz de sodio frente a la entrada de luz del refractómetro.
3 – Hacer la medición siguiendo las instrucciones del docente.

Cuando se ilumina con la luz de
sodio aparece el retículo arriba de
la escala (ver figura 39D). Para
hacer la medición, moviendo la
perilla de escala, debe lograrse
que la zona de división luz-sombra
quede en el centro del retículo. En
ese punto se hace la lectura.
La perilla de la derecha se utiliza
cuando no se dispone de luz de
sodio. Esa perilla, controla un
prisma filtro que sólo deja pasar el
amarillo correspondiente al sodio de Fig. 39D
una fuente de luz cualquiera. Si no está bien filtrada se nota un arco iris en la
zona divisoria luz-sombra.
El rango de la escala de índice de refracción va de 1,300 a 1,700 con una
apreciación de 0,001.
3ª PARTE
EXPERIENCIA: OBSERVACIÓN DEL EXPECTRO VISIBLE. SELECCIÓN DE
UNA LONGITUD DE ONDA.
Principio metodológico: Dispersión con un prisma de vidrio de la luz emitida por
una lámpara incandescente.
- Un espectroscopio abierto (figura 48).
- Una pipeta

- cubetas para muestras
Fig. 48
PROCEDIMIENTO
1 – Reconocer las partes más importantes del instrumento.
Fig. 40D
2 – Encender la lámpara sin colocar la rendija ni la tapa de la misma.

3 – Mover el soporte de la rendija hasta observar el espectro.
4 – Poner la rendija y su tapa. Seleccionar de a uno los colores (longitudes de
onda) que se verán en la pantalla, moviendo la rendija hacia los costados.
Observar el espectro es la parte más importante de la práctica. No es lo mismo
que verlo en fotos y esto se debe aprovechar, para que se tome conciencia de
lo que es elegir una longitud de onda.
EXPERIENCIA: ESPECTROFOTOMETRIA BASICA. MEDICION DE UNA
CONCENTRACION POR ABSORCIÓN. ESPECTROFOTOMETRO ABIERTO.
Principio metodológico: Por absorción de luz de longitud de onda óptima,
seleccionada de un espectro visible producido por refracción en un prisma.
- Un Espectrofotómetro abierto
- Un Tester
- Una pipeta
- Cuatro patrones de diferentes concentraciones de la sustancia que se medirá.
- Cubetas para muestras
PROCEDIMIENTO
1 – Reconocer las partes más importantes del instrumento.
En la figura 41D se puede apreciar que en lugar de una pantalla (Fig. 40D) se
tiene una célula fotoeléctrica.

Fig. 41D
Como se tiene que diferenciar intensidades de luz, y esto a ojo no se puede
hacer, se utiliza una célula foto resistiva conectada a un ohómetro (Tester) en
lugar de la pantalla.
Esta disposición convierte al espectroscopio en un espectrofotómetro. Tener en
cuenta que a mayor intensidad de luz incidente sobre la célula, menor será la
resistencia de esta.
2 – Colocar una cubeta con una solución patrón
3 – Prender la lámpara y ubicar el espectro en la pantalla de la rendija.
Esta es la rendija deslizante con la
célula foto eléctrica incorporada. Tiene
una pequeña pantalla para poder ubicar
la posición de los colores del espectro y
un hueco porta cubeta. Los cables van
directamente al tester que está en la
escala de ohómetro.
Fig. 42D

4 – Moviendo el soporte de la rendija seleccionar la longitud de onda óptima.
Con la longitud de onda óptima el tester marcará la mayor resistencia.
Aunque se miden resistencias, es conveniente elegir otra escala que sea lineal
y de mejor lectura como referencia. De todos modos solo se anotarán
divisiones.
Como la fuente de luz es una incandescente cualquiera, tiene su propio
espectro de emisión con intensidades muy particulares en cada longitud de
onda. Lo mismo sucede con la sensibilidad de la célula foto resistiva, a la
absorción de las distintas longitudes de onda del espectro emitido por la
fuente. Por esto es de esperar que, la longitud de onda óptima seleccionada,
esté un poco alejada de la que se obtendría con un espectrofotómetro
profesional.
5 – Colocar de a uno los patrones y anotar la lectura del tester correspondiente.
6 – Dibujar la curva de calibración.
La curva se hace directamente en concentraciones en función de divisiones.
Por supuesto que la escala no será lineal. Esto no es importante porque no se
aplicará ninguna de las teorías fotométricas. Pero si sería conveniente explicar
este hecho a los estudiantes, por lo que verán en las materias de segundo año.
7 – Colocar la concentración incógnita y anotar la lectura del tester.
8 – Averiguar la concentración en la curva de calibración.

POLARIZACION DE LA LUZ
EXPERIENCIAS BASICAS DE POLARIMETRIA
1ª PARTE
EXPERIENCIA: OBSERVACIÓN DE LUZ POLARIZADA
Principio metodológico: Polarización y análisis de la luz con polarizadores de
acetato de moléculas estiradas
En la práctica, las láminas polarizadoras, se suelen fabricar de materiales
absorbentes del tipo del polaroid, un polímero de nitrocelulosa recubierto de
cristales microscópicos de iodoquinina, orientados mediante campos eléctricos.
- Una lámina filtro de acetato.
- Dos láminas filtro – polarizadoras de acetato.
PROCEDIMIENTO
1 – De las dos laminillas que le entregará el docente, averigüe cual polariza la
luz. ¿Qué concluye?
2 – Con la tercera lámina de acetato que reciba responda el primer punto.
¿Qué características tiene esta tercera lámina? ¿Qué papel cumple?
3 – Consulte sobre alguna fuente de luz polarizada que Ud. pueda analizar.
Es muy importante saber que es lo que se ve con luz polarizada. El dibujo de la
onda con su campo eléctrico y magnético oscilantes junto a la insistencia de
que es un único plano, puede llegar a confundir al estudiante al imaginarse lo
que el ojo percibe al ver luz polarizada.

Luego de concretada esta parte de la experiencia sería productivo mostrar una
pantalla encendida (tipo LCD) de computadora y preguntar si se nota algo
extraño. Acto seguido se la analiza con un polarizador.
2ª PARTE
POLARIMETRÍA. Medición de la concentración de una sustancia ópticamente
activa con luz polarizada y analizador.
INTRODUCCION
La Polarimetría se utiliza con frecuencia en la industria y en la investigación
química y farmacéutica.
EXPERIENCIA: MEDICION DE LA CONCENTRACION DE UNA SUSTANCIA
ÓPTICAMENTE ACTIVA CON POLARÍMETRO ABIERTO.
Principio metodológico: Se utiliza la expresión:
α = KLc (17)
K es el poder rotatorio de la sustancia. L es la longitud de la muestra. c es la
concentración. α es el ángulo que rotó el analizador (o sea el ángulo que rotó el
plano de vibración de la luz).
- Dos láminas filtro – polarizadoras de acetato (Fig. 49).
- Una probeta graduada en centímetros (Fig. 50). (Cuba)
- Una fuente de luz (Fig. 51).
- Soportes varios (Fig. 52 y Fig. 53)
- Un Goniómetro.
- Un polarímetro profesional.

Fig. 49 Fig. 50 Fig. 51 Fig. 52 Fig. 53
PROCEDIMIENTO
1 – Preparar una solución de concentración conocida con la sustancia
ópticamente activa:
Como generalmente se trabaja con azúcar, se debe preparar la solución en el
momento de hacer la práctica para evitar los cambios de concentración por
fermentación.
2 – Ubicar como indica el docente la fuente de luz, la probeta y las láminas
polarizadoras.
Los elementos básicos se los muestra en la figura 43D. Es necesario hacer
hincapié en esto para que el resto de la estructura no
sea tomada como indispensable para la práctica.
Cuanto menos se cubre la experiencia más se puede
enseñar.
.
Fig. 43D

Se recomienda hacer el
siguiente montaje:
Fig. 44D Fig. 45D
Para medir los ángulos se puede usar un transportador escolar.
A continuación se muestra el montaje completo, que es optativo.
Fig. 46D Fig. 47D Fig.48D
Se debe hacer notar que estas mediciones se hacen con luz de sodio, debido
al poder rotatorio que depende de la frecuencia, pero que en este caso se lo
hará con luz blanca porque lo errores lo permiten.

3 – Con la probeta con agua, acomodar las láminas polaroid de manera tal que
absorban la mayor cantidad de luz posible. Marcar la posición del analizador
que será el ángulo de referencia.
4 – Con la probeta con solución de agua y la sustancia ópticamente activa de
concentración conocida, hacer rotar el analizador hasta lograr nuevamente
máxima oscuridad, medir el ángulo y tomar el α haciendo la diferencia con el
ángulo de referencia
5 – Calcular el K de la sustancia.
concentración desconocida, hacer rotar el analizador hasta lograr nuevamente
máxima oscuridad y medir el ángulo y tomar el α haciendo la diferencia con el
ángulo de referencia.
7 – Calcular la concentración desconocida.
8 – Calcular el error.
Para calcular el error se parte del cálculo de la concentración:
(42D)
Haciendo la propagación de errores:
(43D)
Como K se calculó a partir de:
(44D)
Entonces su error es:
(45D)
El error de la concentración conocida dependerá de cómo se hizo la solución.

EXPERIENCIA: MEDICION DE LA CONCENTRACION DE UNA SUSTANCIA
ÓPTICAMENTE ACTIVA CON POLARÍMETRO PROFESIONAL.
Principio metodológico: Se utiliza la expresión:
α = KLc (18)
- Un polarímetro profesional (fig. 54).
- Una fuente de luz de sodio (Fig. 55).
- Una cubeta para polarímetro (Fig. 56).
- Una pipeta.
Fig. 54 Fig. 55
Fig. 56
PROCEDIMIENTO
1 – Preparar una solución de concentración conocida con la sustancia
ópticamente activa.

Como generalmente se trabaja con azúcar, se debe preparar la solución en el
momento de hacer la práctica para evitar los cambios de concentración por
fermentación.
2 – Identificar los elementos del polarímetro
Se recomienda hacer la comparación de los elementos a la vista, con los del
polarímetro abierto.
En el extremo donde se encuentra el ocular, estará el analizador.
No es necesario medir el largo de la cubeta porque está estandarizada con un
error del 1 00.
Fig. 49D
Como se nuestra en la figura 49D, el goniómetro tiene un dial fijo con escala
Vernier para poder leer décimas de grado.
3 – Ubicar, como indica el docente, la fuente de luz

Fig. 50D
La entrada de luz del polarímetro, debe estar prácticamente en contacto con la
ventanilla de la fuente luz de sodio.
4 – Encender la luz y esperar que se caliente. (Tono amarillo)
5 – Colocar la probeta en el porta –probeta con agua y, mirando por el ocular,
marcar el ángulo de referencia cuando los dos campos tienen mínima e igual
intensidad.
Fig. 51D
- Cuando se coloca la cubeta dentro del porta – cubeta, la tapa de éste queda
levantada (Fig. 51D). Por esto es preferible que no halla mucha luz espuria.
- El polarímetro profesional lleva dos analizadores superpuestos con un ángulo
muy pequeño. Este ángulo determina la apreciación del instrumento (en este
caso las décimas de grado).

Cuando se mueve el disco, se ve por el ocular que se pasa de la figura 52D a
la figura 54D y viceversa, es decir que se ve sombra – luz, sombra – sombra y
luz – sombra sucesivamente. Cuando se ve sombra – sombra (Fig. 53D) es
cuando se toma la lectura del ángulo.
Fig. 52D Fig. 53D Fig.54D
6 – Colocar la probeta en el porta –probeta con la sustancia ópticamente activa
de concentración conocida. Marcar el ángulo y tomar el α haciendo la
diferencia con el de referencia.
7 – Calcular el K de la sustancia.
concentración desconocida, hacer rotar el analizador hasta lograr nuevamente
máxima oscuridad y medir el ángulo y tomar el α haciendo la diferencia con el
ángulo de referencia.
9 – Calcular la concentración desconocida.
10 – Calcular el error.
El error se calcula de la misma manera que con el polarímetro abierto.
Curva de calibración
Otra manera de trabajar con el polarímetro profesional, si los estudiantes tienen
conocimientos del método de cuadrados mínimos, es fabricando una curva de
calibración.
Para esto se necesitarán por lo menos cuatro concentraciones conocidas
(patrones) distintas.
Acomodando el cálculo de la concentración:
(46D)

Donde:
k = 1/KL (47D)
vemos que nos queda una recta del tipo:
y = bx (48D)
Donde k o b, la pendiente, es la constante de calibración cuyo error tiene el
mismo tratamiento que lo visto en la página 22.
Tener cuidado con k porque ya no es el poder rotatorio, sino la pendiente de la
recta y que depende del L (longitud de la muestra) que se utilizó.

EL INFORME DE UNA MEDICIÓN
Una vez que se realizó una medición en un laboratorio de rutina o de
investigación, generalmente se hace un informe para ser presentado ante algún
interesado, o simplemente para ser archivado como bibliografía.
Un informe técnico – científico de este tipo, tiene sus características
particulares que lo diferencian de un artículo de un trabajo de investigación y
más de un informe de algún otro tipo de actividad.
El informe técnico tiene como finalidad que lo lean las personas o instituciones
que solicitaron la medición, y para nada se busca su publicación como en el
caso del artículo científico.
Se supone que las personas a las que va dirigida el informe, conocen y les
interesa aspectos del procedimiento de medición y los inconvenientes y
conclusiones que surjan del mismo.
Por todo esto, un informe técnico debe ser claro, conciso y preciso.
La claridad se obtendrá con el ordenamiento y el no empleo de
palabras artificiosas y vacías, términos no conocidos o definidos.
La precisión estará basada en que las palabras sean las justas y las
expresiones correspondan exactamente a la idea que se quiere expresar. No
debe haber ambigüedad en los términos.
En el laboratorio docente existen objetivos a lograr con las mediciones y
objetivos a lograr con los estudiantes.
Es muy importante que tanto en la redacción de las guías de los trabajos como
en la de los informes, no aparezcan los objetivos docentes. Estos son para
manejo interno de la cátedra, y no es conveniente que los estudiantes mezclen
términos que confundan los conceptos inherentes a la medición.
Para aquellos laboratorios docentes de física cuyos objetivos están más
orientados hacia la Física (comprobación de leyes, fundamentación
instrumental, etc.), o al cálculo de errores (construcción de modelos, control de
calidad, etc.), será necesaria una adecuación de formalidades al confeccionar
el informe.
Un informe técnico se comienza por el título, que debe ser lo más corto posible,
describiendo el objeto de estudio y la característica del mismo que se va a
medir. Es opcional nombrar el método y el motivo de la medición.

Puede ir una brevísima introducción donde se hace referencia al objeto (sin
introducciones teóricas ni otro comentario que no sea específico y necesario), a
la medición y al motivo del estudio.
Lo que sigue es describir el método de medición (directo, indirecto, absoluto,
relativo), donde se incluyen las fórmulas, esquemas necesarios, control de
errores sistemáticos, optimización de errores accidentales y detalles de los
instrumentos.
Luego va el detalle de las tablas de valores leídos, los cálculos de los valores
de las determinaciones y de los errores, para concluir con el valor final acotado
y resaltado.
Por último, en general es conveniente escribir a modo de conclusión cualquier
comentario relacionado con el proceso, los objetivos propuestos o valores
esperados que sea digno de destacar.
Para ser coherente con la profesionalidad como tema central de aprendizaje,
un informe de laboratorio de un estudiante al ser corregido debe ser tratado
acorde a lo que se quiere enseñar.
En el caso de que no esté bien hecho, salvo que sea inadmisible y se lo
rechace de plano para una nueva confección, se pide en una hoja aparte las
aclaraciones correspondientes, que también por aparte son hechas por el
estudiante. Es conveniente no marcar, tachar ni sobrescribir el informe.
BIBLIOGRAFIA
Cernuschi y Greco. Teoría de Errores de Mediciones. EUDEBA. 1974
Fernandez y Gallony. Trabajos Prácticos de Física. NIGAR. S.R.L. 1968

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