Objetivos
Encontrar el punto de fusión y el punto de ebullición a la presión atmosférica del laboratorio Hacer una escala de acuerdo a los datos encontrados en el laboratorio. Encontrar la depresión de cero, basado en los datos de laboratorio Comprobar, con otras dos sustancias conocidas, las temperaturas de fusión y ebullición para comprobar la fiabilidad de la escala.
Marco teórico
El termómetro (del griego (termo) el cual significa "caliente" y metro, "medir") es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada. La escala más usada en la mayoría de los países del mundo es la centígrada (°C), también llamada Celsius desde 1948, en honor a Anders Celsius (1701-1744). En esta escala, el cero (0 °C) y los cien (100 °C) grados corresponden respectivamente a los puntos de congelación y de ebullición del agua, ambos a la presión de 1 atmósfera. Con respecto, a los principales avances dentro de la historia del termómetro, podemos señalar los siguientes: En 1592, Galileo Galilei, construye el primer termómetro rudimentario. En 1612, Santorre Santorio, da un uso médico al
termómetro. En 1714, Daniel Fahrenheit, inventa el termómetro a base de mercurio. Por último, en 1885, Calendar Van Duessen, inventa el sensor de temperatura, con la resistencia de platino.
Datos de Laboratorio
Agua T ambiente = 21 cº Tf ( cº) 1 1 1 1 1
Te (cº) 90 90 89 90 90
T f agua = 1 cº T e agua = 90 cº Alcohol T ambiente = 14 cº Tf ( cº) 22 22 22 22 22
Te (cº) 73 75 71 73 74
Tf alcohol = 22cº Te alcohol= 73 cº Basados en que la relación es lineal, lin eal, entre la distancia y la temperatura, podemos utilizar la ecuación:
( ) Presión atmosférica: 0,74 atm
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Xamb– X f = 3 cm X e – X f = 12 cm X total = 14,9 cm Depresión del cero =0, no hay diferencia entre las dos primeras temperaturas tomadas de la sustancia fundente. T agua = 1cº + 7,4 cº/ cm (3cm) =23,2 cº T alcohol = 22 cº + 4,2 cº / cm (3cm) = 34,6 cº Corrección de temperatura
A partir de los resultados obtenidos, se observa que los resultados experimentales y teóricos de las temperaturas de fusión y ebullición varían esto se debe a la presión a la cual se trabaja por esta razón se debe hacer la corrección de la temperatura, aplicando la ecuación se encuentra la relación matemática entre X y T, en este caso el valor de la pendiente de la recta o factor de escala termométrica es 7, 4 y 4,2 para el agua y alcohol respectivamente. Al tomar las cinco muestras de temperaturas para cada sustancia observamos que es constante en ese lapso de tiempo sin embargo esto garantiza que sea tomada correctamente. Actividades Adicionales
1. ¿Qué se entiende por calibración de un instrumento? La calibración de un instrumento es la operación mediante la cual se compara lo que marca un instrumento y lo que debería marcar.
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2. ¿A qué se denomina error de paralaje y como se evita al hacer la lectura en un termómetro? Se denomina error de paralaje al que ocurre cuando la posición del observador no es perpendicular a la escala de medición del instrumento, se evita tomando una correcta posición al hacer la lectura del termómetro. 3. ¿Cuál sería el procedimiento para calibrar un termómetro en grados Fahrenheit? ¿Cuáles serian las formulas que habría que cambiar y como deberían escribirse? Debemos anotar la temperatura de congelamiento (fusión) del agua y tomar esta temperatura como 32, luego medir la temperatura de ebullición del agua y la tomamos como 212, y dividimos en 180 partes esa distancia. 4. ¿Podría obtenerse el punto cero del termómetro introduciendo este en un bloque de hielo directamente? ¿Porqué el hielo ha de estar finamente picado y mezclado con agua líquida? Es imposible ya que el hielo es un sólido, entonces el bulbo del termómetro no estaría únicamente en contacto con el bloque de hielo, sino también con el aire, el hielo debe estar finamente picado para que el termómetro pueda introducirse completamente en él. 5. Cuando se mide la presión atmosférica con un barómetro es necesario realizar correcciones por temperatura y gravedad. ¿en qué consisten estas correcciones?
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Las variaciones de temperatura producen variaciones en la densidad del mercurio y dilataciones, por lo que para poder comparar las distintas lecturas se deben corregir a la lectura que marcarían a una misma temperatura. La temperatura que se toma como patrón es la de cero grados, por lo que esta corrección se denomina también a REDUCCION A CERO. Existen tablas con factores de corrección para cada temperatura. Multiplicando la lectura de la presión en el barómetro (en mm de Hg.) por el factor correspondiente a la temperatura que indica el termómetro unido se tiene la cantidad a restar a la lectura, para obtener el valor de la presión reducido a cero grados. Debido a las variaciones de la intensidad de la gravedad a distintas latitudes geográficas, y para poder comparar las lecturas de dos barómetros situados en lugares diferentes de la Tierra, es preciso reducir todas las columnas barométricas a la altura que tendrían si la aceleración de la gravedad fuese la misma. Convencionalmente se ha adoptado como valor tipo el correspondiente al nivel del mar y a una latitud de 45º. Estas correcciones suelen, en general, ser menores que las anteriores. 6. ¿Qué porcentaje de incertidumbre se comete en la medida de la presión atmosférica?, si no se tiene en cuenta: a) La corrección por temperatura Dependiendo de la temperatura, puede variar de unas pocas milésimas hasta decimas del valor real. b) La corrección por gravedad
Este error es mucho más bajo que el de temperatura. Pero de igual forma dependiendo de la altitud y la latitud varia. c) Ninguna de las dos correcciones Sin ninguna de las dos correcciones, las presiones medidas en todo el mundo variarían en una forma caótica y no lineal. 7. ¿Tendría sentido hablar de temperatura de una molécula? No, debido a que la temperatura es la energía cinética promedio de las moléculas de una sustancia. 8. Dos cuerpos inicialmente a diferente temperatura, si están en contacto térmico, después de un cierto tiempo alcanzan una temperatura intermedia estable que denominamos temperatura de equilibrio. ¿pueden sin embargo, estar en equilibrio térmico dos cuerpos que no estén en contacto térmico? Si, debido a la ley cero de la termodinámica. 9. ¿en qué caso un sistema no está en equilibrio consigo mismo? De un ejemplo. Cuando existen diferencias de temperatura dentro del mismo sistema, un claro ejemplo de esto es el termómetro. 10. Teniendo como base el modelo de los gases ideales enumere las variables termodinámicas macroscópicas y microscópicas. ¿qué sentido tienen las
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variables microscópicas macroscópicas?
y
Las variables macroscópicas son: la presión, el volumen y la temperatura, y las variables microscópicas son: la presión, el volumen y la temperatura. Son las mismas ya que el comportamiento macroscópico se basa en el microscópico.
Conclusiones
La mejor forma de calibrar un termómetro es utilizando agua como la medida de control debido a que su punto de fusión y de ebullición es conocido a través de las diferentes alturas, además que existen tablas especializadas que tabulan las correcciones por altitud y por gravedad tanto a la temperatura de ebullición como la de fusión. Las temperaturas de ebullición de las sustancias utilizadas en este laboratorio están por debajo, en todos los casos por decenas de grados, de la temperatura de ebullición del agua. La temperatura de ebullición es muy sensible a la presión por lo que es necesario a la hora de calibrar el termómetro, conocer la presión atmosférica del laboratorio, otro factor que puede afectar la precisión de las medidas es el material de los instrumentos de laboratorio ya que el material de vidrio al ser sometido a temperaturas muy altas las moléculas del material se expanden o dilatan. Bibliografía Consultada:
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TIPLER, Paul; MOSCA, Gene, Física para la Ciencia y la Tecnología, Volumen 1, Quinta Edición, Editorial Reverté, 2005, España. SERWAY, Raymond A., Física, Volumen 1, Sexta Edición. Internet Explorer- books.google.com.co NUÑEZ; Miguel, Física/Physics WILSON, Jerry, BUFFA, Anthony, Física. KANE, Joseph, STERMHEIM, Morton, Física http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B 3metro
