RESUMEN En este laboratorio se realizó la construcción de un termómetro en la cual se creó una nueva escala de temperatura (ºE) teniendo en cuenta las escalas de temperatura conocidas, este proceso se realizó con un capilar el cual para nosotros sería la estructura en la cual el líquido que será el que se aumente o disminuya se desplazara por este dando así un punto de medidas, el que contendrá el líquido será un vial de medicamento en el cual se le agregara agua y etanol con un indicador llamado rojo Congo.
Palabras claves: termómetro, escalas, temperatura, capilar, medidas, indicador. ABSTRACT In this laboratory there was realized the construction of a thermometer in which a new scale of temperature was created (E) bearing the scales of temperature in mind known, this process was realized by a capillary which for us would be the structure in which the liquid that will be the one that increases or diminishes was moving for this one giving this way a point of measures, which will contain the liquid it will be the road one of medicine in which one was adding water and ethanol with an indicator called the red Congo.
Key words: Thermometer, scales, temperature, capillary, measures, indicator.
INTRODUCCIÓN
El termómetro
es
un instrumento
medición de temperatura. invención
ha
de
dentro
su
mientras la esfera quedaba en la parte
mucho,
superior. Al calentar el líquido, este subía
Desde
evolucionado
principalmente a partir del desarrollo de
de
una mezcla de alcohol y agua,
por el tubo.
los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el
MARCO TEORICO
fenómeno de la dilatación, por lo que se
La ley cero de la termodinámica establece
prefería
con
que, si un cuerpo A se encuentra a la misma
elevado coeficiente de dilatación, de modo
temperatura que un cuerpo B y este tiene la
que,
su
misma temperatura que un tercer cuerpo C,
estiramiento era fácilmente visible. La
entonces, el cuerpo A tendrá la misma
sustancia
más
temperatura que el cuerpo C. Por lo cual
frecuentemente en este tipo de termómetros
estaremos seguros de que tanto el cuerpo A,
ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de
como
vidrio que incorporaba una escala graduada,
en equilibrio
pero
A, B y C, tendrán igual temperatura. (1)
el
al
uso
de
aumentar
que
también
la
se
materiales
temperatura,
utilizaba
alcoholes
coloreados
en
termómetros grandes. El
creador
considerarse
termómetro.
B
y
C,
estarán
los
tres,
térmico. Es decir: los cuerpos
Escalas de temperatura: Lo que se necesita del
primer termoscopio fue Galileo Galilei; este podría
el
el
Consistía
predecesor en
un
del tubo
de vidrio terminado en una esfera cerrada; el extremo abierto se sumergía boca abajo
para construir un termómetro son puntos fijos, es decir, procesos en los cuales la temperatura permanece constante. Ejemplos de procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el proceso de fusión.
Los puntos generalmente utilizados son el
escala Celsius, la escala Kelvin y la escala
proceso de ebullición y de solidificación de
Fahrenheit.
alguna sustancia, durante los cuales la
Escala Celsius para esta escala, se toman
temperatura permanece constante.
como puntos fijos, los puntos de ebullición y Existen
varias
escalas
para
medir
de solidificación del agua, a los cuales se les
temperaturas, las más importantes son la
asignan
los
valores
escala Celsius, la escala Kelvin y la escala
respectivamente.
Fahrenheit.
valores se escriben como 100° y 0°. Esta
En
de esta
100 escala,
y
0
estos
unidad de medida se lee grado Celsius y se Lo que se necesita para construir un termómetro son puntos fijos, es decir, procesos en los cuales la temperatura permanece constante. Ejemplos de procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el proceso de fusión.
Los puntos generalmente utilizados son el proceso de ebullición y de solidificación de alguna sustancia, durante los cuales la temperatura permanece constante.
Existen
varias
escalas
para
denota por °C.
medir
temperaturas, las más importantes son la
Imagen 1
Escala kelvin: En este caso, la escala fue
amónico en agua. Estos puntos se marcaron
establecida por la escala kelvin, donde el
con los valores de 0 y 100 respectivamente.
valor de 0° corresponde al cero absoluto,
La unidad de esta escala se llama grado
temperatura en la cual las moléculas y
Fahrenheit y se denota por °F. Dado que en
átomos de un sistema tienen la mínima
escala Celsius, los valores de 0 °C y 100 °C
energía térmica posible. Ningún sistema
corresponden
macroscópico puede tener una temperatura
respectivamente, la fórmula de conversión
inferior. En escala Celsius esta temperatura
de grados Celsius a Fahrenheit es:
a
32 °F
y
212 °F
corresponde a -273 °C. Esta unidad de medida se lee Kelvin y se denota por [K]. Esta
unidad
se
llama
también
Escala
Tf = 9/5 Tc + 32 c·(2)
OBJETIVOS
Absoluta y es también la unidad adoptada 1.Construir
un
termómetro
de
por el Sistema Internacional de Unidades. alcohol/agua Dado que 0 K corresponden a -273,15 °C, se puede hallar una fórmula de conversión,
2.Conocer y aplicar la ley cero de la termodinámica.
entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:
3.Establecer una escala empírica de temperatura
TK = TC + 273.15 C·
termómetro
utilizando construido
por
estudiantes
Escala Fahrenheit: En esta escala también se utilizaron puntos fijos para construirla, pero en este caso fueron los puntos de solidificación y de ebullición del cloruro
MATERIALES Y REACTIVOS 1. Alcohol 2. Agua destilada
un los
3. Indicador rojo Congo
Calibracion de un termometro.
4. Termómetro 5. Beaker de 250 ml 6. Capilar 7. Pipeta de 50 ml 8. Auxiliar de pipeteo 9. Equipo de calentamiento 10. regla
PROCEDIMIENTO Construcción de un termómetro.
Imagen 3
Imagen 2
CALCULOS DATOS
1.Determinación del volumen de mezcla
Volumen de Temperatu Altura en mezcla ra de capilar de alcohol/ Tiempo Termómetr mezcla H2O (min) o alcohol/agu contenid Calibrado a (cm) o en (°C) capilar (cm3) 0 2 4 6 8 10 12 14 16
50 48 48 46 46 46 46 44 44
24,1 23,1 22,2 21,1 20,2 19,5 18,5 17,5 17,2
0,8267 0,7924 0,7616 0,7238 0,6930 0,6689 0,6346 0,6003 0,5900
T.H2O a D.del 32ºC 0,209 cm condición capilar ambiente Punto Punto 32ºC 50ºC mínimo máximo de de T. T. # de grados de escala empírica: 9ºE Punto Punto 0ºE 9ºE mínimo máximo de de T. T. (Tabla 1.)
alcohol/ H2O contenido en capilar (cm3). Al poseer el capilar, cualidades similares a la de un cilindro, se emplea la siguiente ecuación para el cálculo del volumen que ocupa el líquido en su interior.
=
(π ∗ ∗ ℎ)
(1).
4
Donde π es un numero racional, y equivale
a
3,141592,
D
es
el
diámetro del capilar, h la altura que alcanza el líquido dentro del capilar. Basándonos en la
tabla 1, tomemos
el caso para cuando la temperatura El
cálculo
del
volumen
de
mezcla
equivale a 50ºC.
(alcohol/agua), se muestra en el siguiente apartado.
Remplazando
los
satisfacen la ecuación:
valores
que
mejor compresión y entendimiento del comportamiento
del
sistema,
y
las
magnitudes que se están relacionando.
Para las demás temperaturas, se aplica el mismo
procedimiento,
obteniéndose
Gráfico:
los
resultados observados en la tabla 1.
2. Gráfico del sistema, comportamiento de la Temperatura vs altura de mezcla alcohol/agua en el capilar. Tabla del gráfico:
Temperatura Altura en de capilar de Termómetro mezcla Calibrado alcohol/agua (°C) (cm) 50 48 46 44 32
24,1 22,65 19,825 17,35 7,5
Ajustando el grafico por regresión lineal, se obtiene que la ecuación que más se acomoda a nuestro conjunto de datos es: y=1,072X + 24,398, que nos permite conocer posibles temperaturas a parir de la altura en nuestro sistema, o lo inverso.
La presente tabla está basada en los datos, al existir intervalos de temperatura semejantes, se decidió sacar un promedio entre las alturas correspondientes a sus respectivas temperaturas, con la finalidad de obtener una
3.Gráfico del sistema, comportamiento de la Temperatura vs volumen de mezcla alcohol/agua en el capilar
Tabla del gráfico:
siguiente ecuación, que se ajusta con mayor propiedad a nuestro gráfico: y= 31,248X +
Volumen de Temperatura mezcla de alcohol/agua Termómetro contenido en Calibrado capilar (°C) (cm3) 50 48 46 44 32
24,398.
4. Relación matemática entre la escala
0,82679815 0,777053033 0,680135823 0,595226054 0,257302329
La presente se basa en los datos de la
termométrica empírica obtenida por el grupo (E) y la escala (°C).
Tabla
1. Al igual que en el cálculo anterior, se promediaron los volúmenes pertenecientes a una misma temperatura obteniéndose el siguiente gráfico:
Basándonos en la relación que existe entre la escala(ºC)
y
la
escala
(E),
podemos
determinar una función que nos permita determinar la equivalencia de grados Celsius en Ajustando el grafico por regresión lineal con la herramienta ofimática Excel, se obtiene la
la magnitud establecida para nuestro
termómetro (grados estudiantes). Partiendo de lo conocido se tiene:
La razón entre la escala ºC y E es
18 9
Así podemos aplicarlo también para otros valores.
=2
ANALISIS
Por lo tanto, nos permite formalizar, para la Al término de la experiencia, se obtiene una escala Celsius lo siguiente, partiendo de la serie de datos que nos permite analizar el temperatura mínima para la misma(32ºC): comportamiento de nuestro sistema, para
º = 2(º ) + 32 Para
obtener
los
valores
cada punto donde se realizaron diversos en
nuestra
escala(E), solo tenemos que despejar:
º =
º − 32 2
cálculos. 1. En la determinación del volumen de mezcla alcohol/ H2O contenido en capilar, se obtuvieron los resultados
Para comprobar dicha ecuación, podemos
previstos, considerando a su vez la
remplazar un valor que este dentro del
presencia de errores que pudieron
intervalo de nuestra escala.
influenciar en la “perfección” de
Por ejemplo, tomemos el valor máximo de
nuestro trabajo , principalmente en el
temperatura (50ºC), empleada para calibrar
simple hecho de que en nuestra
nuestro termómetro. Al remplazar como
ecuación
resultado debemos obtener 9º E, que es el
número
equivalente en nuestra escala:
racional, y posee infinitas décimas, y
(1), (π),
La cuyo
presencia
del
carácter
es
al no ser exacto (entero), ya se
º =
50−32 2
= 9º
estaría generando un error de salida , sin contar a parte de este error , la dilatación del vidrio que constituye
nuestro capilar, con la variación de
térmica(dilatación) son tenidas en cuenta
temperatura que de alguna manera u
como fundamento para la construcción de
otra afecta en pequeña proporción los
termómetros.
resultado para este punto.
Entre las propiedades físicas en las que
2. Para los puntos 2 y 3 de gráficos se
los
termómetros
eléctrica de algún metal, la variación
tienden a seguir trayectorias rectas,
de
que no son perfectas probablemente
la
fuerza
contacto
por errores de medición, o a la hora
entre
electromotriz
de
dos
la
metales,
deformación de una lámina metálica
de tomar las medidas ya que como
o la variación de la susceptibilidad
humanos no somos seres perfectos.
magnética
Dicho lo anterior cavé recalcar la
afectan y limitan los resultados,
basan
podemos encontrar la resistencia
puede observar que los patrones
existencia de otros factores que
se
de
ciertas
sales
paramagnéticas.
2.Investiga que el tiempo de respuesta de un termómetro y cuál es su importancia.
como: El largo del capilar, el envasé, Se
la presión de vapor que se genera
puede
definir
el
tiempo
de
respuesta del termómetro como el tiempo
internamente, etc.
característico que tarda en alcanzar la temperatura del medio ambiente, a su vez se
PREGUNTAS POST-LABORATORIO puede determinar basándose en la ley de enfriamiento de Newton, la cual establece 1.
Consulta que otras propiedades físicas
además
de
la
expansión
que la rapidez de variación de temperatura es
proporcional
a
la
diferencia
de
temperatura entre el cuerpo y el medio
Termómetro de resistencia:
circundante.
Se
consideran
transductores
de
temperatura, cuyo funcionamiento
3.Consulta sobre los siguientes tipos de está radicado en el cambio de
termómetros: resistencia de un metal, o sustancia
Termómetro de líquido:
frente a la temperatura, además
Se basa en la expansión de un
cumplen la ley de ohm.
líquido, conforme se incrementa la temperatura, el líquido actúa como
Termómetro con lamina
un
bimetálica:
transductor,
convirtiendo
la
energía térmica en mecánica, al variar la temperatura, el líquido y el vidrio del termómetro se expanden con
diferente
expansión,
coeficiente
permitiendo
que
de el
líquido avance por el tubo capilar.
Se
basa
principalmente
en
la
medición de temperatura a partir de la contracciones y expansiones que generan dos aleaciones que poseen altos
y
bajos
coeficientes
de
dilatación.
Termómetro digital: Termómetro de gas a volumen
El termómetro digital se fundamenta
constante:
en la presencia de una sonda que
Es un termómetro que posee como sustancia termométrica, su propiedad termométrica
es
la
presión,
basándose en la segunda ley de Gay Lussac.
actúan
como
principalmente radiación
sensores estas
infrarroja
térmicos, mide
la
emitida
por
algunos cuerpos, al ser de carácter
electromagnética, puede realizar la
5ºC a ºE.
lectura en segundos.
º =
5−32 2
Pirómetro: Es un instrumento que puede medir la temperatura de un objeto sin estar
350ºC a ºE.
º =
350 − 32
en contacto con el mismo. Principalmente su lectura se basa en la
medición
de
2
= 159º
-70ºC a ºE.
ondas
º = electromagnéticas que son analizadas
= −13,5º
(−70) − 32 2
= −51º
por un sistema óptico compuesto por
5.De las temperaturas mostradas en el
una lente o una fibra óptica, filtros y
punto anterior cuáles pueden ser medidas
un detector.
con el termómetro construido por usted y cuáles con un termómetro de mercurio.
4.Empleando
la
relación
matemática entre su escala y la escala Celsius indique a cuantos grados en su escala corresponden las siguientes temperaturas en °C.
Indique las razones. Con el termómetro construido, ninguna de las anteriores, debido a que los valores de nuestra escala el mínimo es de 0ºE, y el máximo 9ºE, ninguna se encuentra en el intervalo, para poder medir mayores debería
º =
º − 32 2
prolongarse el largo del capilar, ya que en su condición normal al contener alcohol a temperaturas muy elevadas puede estallar.
85 °C a ºE.
º =
85−32 2
= 26,5º
En cambio, uno de mercurio, puede medir
llevó a cabo el procedimiento y así poder
todas aceptó la de -75ºC, ya que se escapa
realizar los diferentes cálculos y así aprender
del rango y las otras porque el mercurio
en su totalidad el concepto de ley cero de la
tiende a ser más estable para esos valores.
termodinámica.
6.Como afecta las mediciones de la altura de la mezcla alcohol/agua en el momento de dejar enfriar el sistema, los siguientes factores.
BIBLIOGRAFIA Guía
Si el tubo capilar se encuentra inclinado, el
de
laboratorio
de
fisicoquímica.
Atilano P. Martínez.
líquido interior genera un desnivel oblicuo https://tublockupn.wordpress.com/escalasque impide la correcta lectura de la altura. de-temperatura/ (2) Si el sistema está expuesto a corriente de https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/438 aire, la presión interna en el Vidal se 2/la-ley-cero-de-la-termodinamica (1) igualará con la externa, luego al momento de que ocurra una variación de temperatura no se observará ningún cambio en el sistema.
CONCLUSION Basándonos en la práctica se cumplieron los objetivos establecidos al comienzo del laboratorio a pesar de los diferentes errores que se encontraron causando así algunos retrasos en la práctica pero que al final se
