Informe de Laboratorio Equilibrio Térmico Resumen Para estudiar una de las leyes del calor, llamada del equilibrio térmico, se utilizan dos envases que contienen líquidos a diferente temperatura. Estos envases son puestos en contacto, y mediante el uso de termómetros termómetros se estudia el comportamiento de su temperatura. En base de los resultados se determina una ley que rige el comportamiento de los obetos en contacto térmico.
1.
Objetivos • •
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generales
!escribir el comportamiento térmico de varios cuerpos en contacto. !eterminar analítica y gr"#camente la constante de enfriamiento de un sistema. E$plicar uno de los principios de funcionamiento de los termómetros.
2. Introducción %na de las leyes m"s importantes que e$isten en la física y en particular en el estudio del calor es la ley del equilibrio térmico, dos cuerpos en contacto que se encu encuen entr tran an a difer diferen ente te temp temper erat atur ura a tien tiende den n a igua iguala larr su temp temper erat atur ura a después de transcurrido cierto tiempo. Es decir, la condición para que e$ista el equilibrio térmico entre & cuerpos en contacto es que sus temperaturas sean iguales. La sigu siguie ient nte e e$pr e$pres esió ión n cono conocid cida a como como la ley ley de enfri enfriam amien iento to de 'e(t 'e(ton on describe el enfriamiento de un cuerpo dentro de un reservorio.
!onde) * + es la constante de enfriamiento - + es la temperatura del recipiente que contiene el agua caliente + es la temperatura del recipiente que contiene el agua fría -uya solución general es una función e$ponencial)
!onde) -/ + es la temperatura inicial del recipiente que contiene el agua caliente / + es la temperatura inicial del recipiente que contiene el agua fría Esta Esta ecua ecuaci ción ón indi indica ca que que para para un tiem tiempo po t su#c su#cie ient ntem emen ente te larg largo, o, las las temperaturas de ambos envases ser"n iguales - +
3. Materiales e!"erimentación
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rípode variable 0arilla soporte, &1/ mm 0arilla soporte, 2// mm 'uez doble 3oporte para tubos de vidrio 4ro con nuez 5eilla con porcelana 0aso de precipitados, &1/ ml 0aso de precipitados, 6// ml 7atraz Erlenmeyer, 8// ml, 39 &: ermómetro de 4lco;ol., 1/, <8/...=88/> ermómetro de 4lco;ol, 8//, <8/...=88/> ermómetro !igital lu*e ermocupla ipo ? -ronómetro 7ec;ero de butano -artuc;o de butano -erillas
3e realizó el montae e$perimental, como se muestra en la #gura 8.
Termómet ro
#. Resultados 7ediante las realizadas con el se pudieron obtener en la tabla 8.
%n$logo
t&min'
ig. 8 Tc&()'
T*&()'
+.+ +., 1.+ 1., 2.+ 2., 3.+ 3., #.+ #., ,.+ 1+.+
2@ 22 26 28 1: 1@ 11 1A 1& 18 1/ 62
&/ A/ A1 A: 6& 66 61 62 62 62 62 62
an$lisis mediciones termómetro an"logo, los datos mostrados
abla 8
!ebido a restricciones por el tiempo, no se pudieron obtener datos usando el termómetro digital.
Tem"eraturas en -unción del tiem"o
-omparando ambos gr"#cos, vemos claramente que la primera curva cambia
m"s lentamente que la segunda. ambién podemos notar que la segunda curva eventualmente se convierte en una línea recta, cuando la temperatura empieza a permanecer constante B62>-C.
/i-erencia de tem"eraturas vs tiem"o
En el gr"#co, podemos apreciar claramente que la diferencia de temperaturas decrece de manera e$ponencial, ;asta el punto en que las dos temperaturas son iguales, y por lo tanto su diferencia es cero.
0r$ca del logaritmo de la di-erencia vs tiem"o
5ealizando el an"lisis de regresión lineal, encontramos)
y+
,. )onclusiones •
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La diferencia en temperaturas no se mantiene constante en el tiempo, ya que, como podemos apreciar por las gr"#cas, el cambio de temperatura sucede de manera e$ponencial. Luego de dos ;oras, las dos temperaturas ser"n iguales, y muy probablemente ser"n iguales también a la temperatura del ambiente, ya que estos tres sistemas est"n en contacto, y las temperaturas ser"n iguales o muy similares gracias al equilibrio térmico. En la primera curva, la energía interna va disminuyendo con el tiempo, liberando calor. En la segunda curva, ocurre lo opuesto, el sistema absorbe calor, y su energía interna aumenta con el tiempo. 3i se ;ubiera agitado el agua en cualquiera de los recipientes, a un ritmo y tiempo considerables Blo su#ciente para generar calorC, entonces las curvas se ;ubieran visto alteradas. El recipiente de menor temperatura no puede transferir calor al de mayor temperatura porque al ;acerlo, el de menor temperatura perdería energía interna, ;asta llegar a / *elvin, lo que no puede suceder. 4dem"s, se violaría la ley cero de la termodin"mica, ya que los dos sistemas nunca podrían estar en equilibrio. 3i el e$perimento se realizara al vacío, los resultados fueran diferentes, porque ;abrían diferentes factores a tomar en cuenta, como la presión, la temperatura del ambiente, etc. Los recipientes eventualmente llegarían a un equilibrio con el ambiente, por lo que, luego de cierto tiempo, sus gr"#cas empezarían a tomar la forma de una línea recta Bfunción constanteC. Los termómetros deber permanecer cierto tiempo en la boca, ya que de lo contrario, no se podría crear un equilibrio entre la boca y el termómetro. -omo ;emos visto, llegar al equilibrio toma cierto tiempo. Los termómetros deben estar debao de la lengua para estar en contacto semidirecto con los vasos sanguíneos esto otorga una medida m"s precisa de la temperatura corporal.
. ibliogra-4a 516 ;ttp)FF(((.sc.e;u.esFsb(ebF#sicaFestadisticaFtermoFermo.;tml
526 ;ttp)FF(((.#nternational.comFmfFtermodinamica.;tml
2.7. REALIZACIÓN 2.7.1. Poner en el matraz Erlenmeyer una cantidad de alcohol medida con la probeta, y anotar este volumen en la tabla. 2.7.2. Cerrar el matraz Erlenmeyer con el tapón. No debe derramarse alcohol, ni dejar aire por debajo del tapón. 2.7. Colocar una cantidad de 1!!m" de a#ua el vaso de precipitación de 2$!m".. 2.7.% Colocar el matraz Erlenmeyer en el vaso de precipitación de 2$!m" y sujetarlo con la pinza universal, de &orma 'ue 'uede lo m(s pro&undo posible )*er +i#ura 2.1. 2.7.$. -arcar el nivel de alcohol 'ue se tiene en el tubo capilar con un marcador. 2.7.. "eer la temperatura inicial del alcohol y anotar en la tabla de datos. 2.7.7. Calentar el a#ua con la llama baja. "eer la variación del nivel del alcohol /l y la temperatura apro0imadamente cada $C hasta los !C, y anotar los valores en la tabla de datos. 2.7. Colo'ue una cantidad de 2!!m" de a#ua &r3a en el vaso de precipitación de %!!m". 2.7.4 5na vez alcanzada la temperatura m(0ima propuesta con sumo cuidado introduzca el matraz Erlenmeyer dentro del vaso de precipitación de %!! m" con a#ua &r3a, observe los resultados.
TABLA DE DATOS
T(C! 6inicial
Volumen Inicial Vo= "l (cm! !
(cm3' "T(C! !
"V(cm3! !
