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n 1

551.

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA

LABORATORIO DE FISICA II

INFORME VI

TEMA: PERCEPCION DEL CALOR Y RAPIDEZ DE CALENTAMIENTO DEL AGUA

ALUMNOS:

Cuadros Zurita Kevin AntonioAyala Valladares Eder Oswaldo Adrianzen Manrique Piero EduardoMandujano Cornejo Vittorino

FECHA DE ENTREGA:

5/06/2010

Ciudad Universitaria, 5 de Junio del 2010

I. OBJETIVOS

1.1 Experimentar sobre la sensación caliente / frió.1.2 Estudiar la relación entre las temperaturas de un cuerpo sumergido en agua

fría y en agua caliente.1.3 Investigar la relación temperatura en función del tiempo y sobre la energía

de calentamiento del agua.

II. EQUIPOS / MATERIALES1 Equipo de calentamiento 1 Soporte universal1 Nuez doble1 Fuente de alimentación, 12 V1 Vaso de precipitados, 100ml1 Vaso de precipitados, 400ml1 Vaso de precipitados, 250ml1 Probeta graduada, 100ml1 Matraz Erlenmeyer, 250mlCable, 50cm. 10 A, azul1 Clamp

2 Varilla soporte metálica1 Cronometro1 Bobina calefactor con

casquillos1 Agitador2 Termómetro (-10, +110°C)1 Matraz Erlenmeyer, 100ml1 CalorímetroAgua potablePapel milimetrado

III. FUNDAMENTO TEORICO

La percepción caliente o frió por la piel del cuerpo humano, es una sensación biológica, que tiene que ver con la ganancia o perdida de flujo de energía calorífica.

La cantidad de calor disipado o absorbido por cuerpos de una misma sustancia es directamente proporcional a la variación de la temperatura.

Q=cm ΔT

IV. EXPERIMENTOS

Percepción del calor

MONTAJE 1

1. Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la Figura 5.2. Vierta 300ml de agua potable en el vaso de precipitados de 400ml y caliéntela hasta 40°C.3. En el vaso de precipitados de 250ml vierta 100ml de agua fría del grifo y añádele 100ml de agua calentada.4. Llene el vaso de precipitados de 100ml completamente con agua fría.

PROCEDIMIENTO 1

IV.1 Introduzca un dedo de la mano en cada vaso de precipitados y certifique intuitivamente la temperatura del agua. Anote sus observaciones:

Vaso de precipitados de 100ml: ……………20 °C frió………….Vaso de precipitados de 250ml: ……………30 °C tibio…………Vaso de precipitados de 400ml: ………...….40 °C caliente…......

IV.2 Introduzca un dedo de la mano derecha en el agua mas caliente y un dedo de la mano izquierda en el agua fría; manténgalos ahí durante medio minuto, moviéndolos ligeramente. Luego, coloque rápidamente ambos dedos en el vaso de precipitados de 250ml. Anote sus observaciones.

Se perciben sensaciones de frialdad para el dedo que estaba en agua caliente y de mucho calor para el que estaba en agua fría.

EXPERIMENTO 2

¿Son permanentes las diferencias de temperatura?

MONTAJE 21. Monte el equipo de soporte.2. Vierta 100ml de agua del grifo en el matraz Erlenmeyer y coloque este en el

vaso de precipitados de 400ml vació.3. Coloque los dos termómetros en la varilla soporte. El de vástago mas largo se sumergen el matraz; el otro dentro del vaso de precipitados, sin que toque el fondo ni las paredes del matraz.

PROCEDIMIENTO 24.3 Caliente 160ml de agua a 80 °C en el vaso de precipitados de 250ml.4.4 Vierta el agua caliente en el vaso de precipitados de 400ml.4.5 Compruebe que los vástagos de los termómetros estén sumergidos y ponga

en marcha el cronometro.4.6 Haga la lectura de los dos termómetros a intervalos de 30s y regístrelos en

la Tabla 1, hasta t = 5min.4.7 Después de diez minutos haga una última lectura de las temperaturas.

Tabla 1t (min.) T1(°C) T2(°C)

0.5 32.3 771 35 75

1.5 38.5 732 40.7 72

2.5 43.6 663 45.7 65

3.5 47.9 644 49.5 63

4.5 50.8 62.55 52.2 62

10 58.3 59

PROCEDIMIENTO 3.Rapidez de calentamiento de agua

FUNDAMENTO TEORICO

La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variación de temperatura. Esto es:

Q=mc ΔT (1)

Donde: c: calor específico T: temperatura

El flujo calorífico H, viene a ser la energía térmica por unidad de tiempo absorbido

por el cuerpo. Si el flujo es constante, H=∂Q

∂ t=cte

(2)

De (1) y (2) se tiene:

∂Q∂ t

=mc∂T∂ t

=H, luego

dT= Hmc

dt

Integrando se tiene: T= H

mct +T 0

(3)

L ecuación (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde

H/mc representa la pendiente y T 0 la temperatura inicial.

MONTAJE 3

1. Coloque como tapa del calorímetro el dispositivo con los bornes del filamento (bobina calefactor con casquillos).

2. Con la fuente apagada, conecte los bornes del filamento.3. Coloque el termómetro y el agitador en los orificios correspondientes de la tapa.

PROCEDIMIENTO 3

Llene de agua el matraz de Erlenmeyer (deposito). En la probeta vierta 150ml de agua, para mayor precisión utilice la pipeta, y

viértalos luego en el calorímetro. Sin encender la fuente, conecte el filamento con los cables a la fuente de

tensión alterna 12V. Tome la temperatura inicial del agua, anótela en la tabla 1 en el instante t=0. Ahora, cuidando de que el filamento este surgido en el agua, encienda la

fuente de alimentación y simultáneamente ponga en marcha el cronometro. Tome la temperatura del agua a 1, 2, 3 y 4 minutos del instante inicial. Anote

los valores en la tabla 2. Agite cuidadosamente el agua antes de cada lectura.

Apague la fuente de alimentación, enfrié el calorímetro enjuagándolo y secándolo cuidadosamente.

Repita el experimento con 200ml y 250ml de agua.

TABLA 2Volumen de agua 150(ml) 200(ml) 250(ml)

t(min.) T(°C) T(°C) T(°C)0 25.4 24 221 25.8 24.5 22.42 27.5 25.9 23.23 29.7 27.9 24.74 32.1 30.6 26.3

V. Auto Evaluación

EXPERIMENTO 1

1. Explique que entiende por caliente y frió.

Son percepciones particulares de cada individuo que siente como respuesta a cambios de temperatura.

2. Explique detalladamente el fenómeno que sucede en el paso2.

Al colocar los dedos que estaban en el agua mas caliente y fría respectivamente al vaso con agua tibia se experimenta un cambio de temperatura en ambos dedos pero con sensaciones distintas: caliente para uno y frió para otro, esto debido a las condiciones anteriores donde se encontraban.

EXPERIMENTO 2

4. Explique que indican las formas de las curvas en la gráfica.

En la gráfica se puede observar que mientras el pasa el tiempo, las curvas tienden a juntarse.

5. Después de 10 minutos, ¿qué tendencia tienen los datos?

Pasados los 10 minutos, específicamente a los 13 minutos, los líquidos tienen una tendencia a igualar sus temperaturas, éste fenómeno se debe a un fenómeno de la naturaleza llamado equilibrio térmico.

6. Describa las curvas de temperatura a partir de los conceptos de “calor” y de “energía interna”.

Primeramente definamos ambos conceptos:

El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía calorifica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.

En el gráfico se observa que conforme pasa el tiempo, las sustancias, en este caso agua, se transfieren calor, y por lo tanto su energía interna cambia. Además el calor absorvido por uno es el mismo calor que disipa el otro. Despues de un rato la energía interna de ambos

Grafico1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15

tiempo(min)

temperatura(ºC)

T1

T2

tienden a ser iguales y por lo tanto el calor tiende a desaparecer, ser cero.

EXPERIMENTO 38. ¿Por qué las pendientes de las gráficas son diferentes entre si?

9. ¿Cuándo la masa y el volumen del agua líquida tienen igual valor numérico?Sugerencia: Interprete la definición de kilogramo patrón.El kilogramo patrón de la masa es un cilindro de platino, que también se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Francia. El kilogramo equivale a 1000 gramos. Un gramo en la masa de 1 centimetro cubico (cc) de agua a una temperatura de 4° Celsius. La libra patrón en función del kilogramo patrón: la masa de un objeto que pesa 1 libra equivale a 0.4536 kilogramo.

VI. CONCLUSIONES El equilibrio termico consiste en igualar la energía interna de dos

sustancias en contacto mediante el flujo de calor. La determinación de frío, tibio o caliente se explica mediante un

término llamado capacidad calorifica. La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la

cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta.

Una transferencia de energía que se produce exclusivamente en virtud de una diferencia de temperatura, se denomina flujo calorífico.

El tiempo que demora una sustancia en incrementar su temperatura es proporcional a su masa.

Para diferentes masas del líquido, se concluye que tiene diferentes tiempos para llegar al punto de ebullición (100oC).

Un líquido hierve cuando su presión de vapor se iguala a la presión externa. Por lo tanto el agua puede hervir a cualquier temperatura dependiendo de la presión exterior.

VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

Calibrar cada herramienta constantemente. El punto de ebullición del liquido depende de la presión en que

se encuentra el sistema es decir a diferentes altitudes tenemos diferentes puntos de ebullición.

Al realizar la experiencia el sistema debe encontrarse en un medio aislado, debido al movimiento del aire ocasiona la perturbación de la llama del mechero no hay continuidad en la cantidad de calor a la masa del liquido.

No apagar el mechero a la hora de acabar con la obtención de los datos de la tabla 1 porque conseguir la misma cantidad de calor es obtenerlo de nuevo.

Utilizar sustancias puras.

Mantener la misma temperatura en cualquier punto del líquido agitándolo a cada instante.

Mantener constante el suministro de energía térmica por unidad de tiempo.