INFORME 05: 05 : DILAT DILA TACION TERMIC TERMICA A
Y CALOR
OBJETIVOS •
Medir la dilatación térmica del acero, latón y aluminio.
•
Utilizar la calorimetría para determinar los calores específicos de los sólidos.
FUNDAMENTO TEORICO
Dilatación Térmica: cambio de longitud, superficie o volumen ue sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura ue se produce en ella por cualuier medio.
Dilatación lineal: es el cambio de longitud ue sufren los cuerpos debido a cambios en su temperatura
∆ L = L!α ∆T
L = L!
(" + α ∆T )
ó
#alor: energía en transición entre dos cuerpos en contacto térmico debido a una diferencia de temperaturas entre ellas.
#apa #apaci cida dad d calo calorí rífi fica ca:: #ant #antid idad ad de calo calorr reu reuer erid ido o para para aum aumenta entarr la temperatura de un cuerpo en una unidad de temperatura.
C =
Q ∆T
C = =
ó
dQ dT
#alor específico: cantidad de calor reuerido para aumentar la temperatura de una unidad de masa del cuerpo en una unidad de temperatura.
c=
Q
c =
m∆T
dQ m dT
ó
#alorimetría: estudio de la conservación de la energía calorífica.
∑ Qi = !
− Q gana do = Q perdid o
ó
#ambio de fase: paso de un material de un estado de la materia a otro.
#alor latente: cantidad de calor necesario para cambiar de estado una unidad de masa de un estado a otro.
L =
Q m
MATERIALES •
Dilatómetro
•
#alorímetro
•
$ensor de temperatura
•
%nterface &' (etlog
•
$oporte universal
•
)enerador de vapor
Figura 1. a) Generador de a!or ") Cone#i$n generador de a!or % di&a'$(e'ro ) E*ui!o in+'a&ado
,ROCEDIMIENTO
Dilatación térmica
%nstalamos el dilatómetro, el termómetro y el generador de vapor, como se mostraba T ! en la figura "de la guia. Tomamos lectura de la temperatura ambiente
y de la
longitud de las varillas L!.
#alentamos el agua, *asta ebullición y tomamos lectura de la temperatura cambio de longitud
∆ L
T
y el
de cada uno de los materiales, cuando las agu+as del
dilatómetro marcaron un valor fi+o.
#alor específico de sólidos ara determinar el euivalente en gramos de agua del calorímetro: viertimos -mg de agua de cao en el calorímetro, agitamos y luego de unos minutos medimos la T ! temperatura temperatura
, calentamos -! g de agua entre -! y /!0#, luego medimos la T
y lo agregamos al calorímetro, agitamos por un momento y medimos
la temperatura de euilibrio.
esamos el calorímetro limpio y seco, vertimos "!!g de agua de cao. or otro lado *icimos *ervir agua *asta su punto de ebullición, sumergimos cuidadosamente el sólido al agua en ebullición, luego introducimos el sólido dentro del calorímetro, removimos el calorímetro *asta ue llegue al euilibrio térmico y por ultimo
medimos la temperatura de euilibrio. #alor latente de vaporización del agua esamos el calorímetro limpio y seco y vertimos "!!g de agua de cao. or otro lado *icimos *ervir agua *asta la vaporización constante, luego sumergimos el tubo de desprendimiento en el calorímetro e inyectamos cierta cantidad de vapor de agua *asta ue se note el cambio de temperatura. %nterrumpimos el proceso y agitamos r1pidamente, medimos la temperatura de euilibrio y pesamos nuevamente el calorímetro, teniendo en cuenta ue debe estar seco y limpio por fuera.
". #on los datos obtenidos en los pasos " y 2 del procedimiento completa la tabla siguiente: Tabla ". A&u(inio idrio La'$n
T - /C) 22.22.22.-
L- () -3.-3.-3.-
T /C) 34 36 3/
D ()
4.& 5.2 -
L(() ".5/mm !.65mm "mm
0 /C1)
ara determinar ∆7, considere la siguiente apro8imación 2∗ R∗ D ∆ L= mm, 20 $iendo 9 2 mm el radio del e+e rotativo. 'usue en la bibliografía el valor teórico de los coeficientes de dilatación lineal del aluminio, vidrio y latón. Determine el error porcentual de los coeficientes de dilatación lineal e8perimental respecto a sus valores teóricos. #omente sus resultados TEORICO ;luminio 2,5 < "! =>idrio 6 < "! =/ 7atón ",6 < "! =-
E2,ERIMENTAL 2.6-5&5"4&/48"! =&.4/54!-6628"!=/ 2."-635-8"!=D
19.8cm
R
De acuerdo a la figura ue muestra el corrimiento ue sufre el e+e rotativo deduzca la ecuación de apro8imación para
∆ L=
∆ L.
∗ R∗ D
2
20
mm
∆ l =2. ( 2 ) 9.4 / 20 2. #on los datos del paso & del procedimiento complete la siguiente tabla:
Ta"&a 3. Agua de a4o Agua a&ien'e
Masa (g) -Mgr -!gr
T - /C)
T /C)
2& -4.-
5!.6 5!.6
Determine el euivalente en gramos de agua del calorímetro ue es igual al producto de la masa del calorímetro por el calor específico del calorímetro, teniendo en cuenta ue:
Q ganado por el + Q ganado por el=Q perdido porel aguafría
calorímetro
agua caliente
c e . m . ∆ t ( fria )+ Ce ( calorimetro ) . m ( calorimetro )= c e . m . ∆ t ( caliente ) 1 cal
g.C°
.5
g . (−40.8 + 23 ) +¿ #e. ?#alorí
[email protected]
ce ( calorimetro ) . m=924 cal
1 cal
g.C°
.50
g . ( 57.5 − 40.8 )
ce ( calorimetro )= 924 cal / 413.5 g
ce ( calorimetro )=2.23458283 cal / g &. #on los datos del paso 5 complete la siguiente tabla: Ta"&a 5. Agua de a4o S$&ido
Masa (g) "!! 5.-
T - /C)
22.22.-
T /C)
43 43
Utilizando el euivalente en gramos del calorímetro calculado en el paso 2 anterior, determine el calor específico y la capacidad calorífica de la muestra de metal, considerando ue:
Qganado por el + Q ganado por el=Q perdido el aguafría
calorímetro
−5650 cal + 924 cal= ce . ( metal ) .4.5 g −0.1050 . 2222 cal g.C°
= ce ( metal)
metal
'usue en la bibliografía el valor teórico del calor específico del material utilizado y determine el error porcentual del valor e8perimental del calor específico. #omente sus resultados. !.!35calAg#B 5.
#on los datos del paso - del procedimiento complete la tabla siguiente: Ta"&a 6. T - /C)
Masa (g) "!!gr 2.-gr
Agua de a4o Va!or de agua
T /C)
2& "!!
5!.3 5!.3
Utilizando el euivalente en gramos del calorímetro, determine el calor latente de vaporización del agua, considerando ue:
Qganado por el + Q ganado por el= Qlatente perdidopor el + Q perdido por el agua agua fría
calorímetro
(
100. 17.9
vapor deagua
procedente delvapor
) + 924= x cal . ( 2.5 g ) + 2 .5 g . ( 59.1 ) g
6-7.78g.
'usue en la bibliografía el valor teórico del calor latente de vaporización del agua y determine el error porcentual del valor e8perimental del calor latente de vaporización. #omente sus resultados.
540
cal g
CUESTIONARIO
". Dé una propuesta de e8perimento ue permita determinar el calor latente de fusión del agua. De+ando ue un cubo de *ielo se disuelva a medio ambiente en un calorímetro tardaría, midiendo la temperatura al inicio y al final de la disolución de este pero
no tendríamos ue calcular otros valores como si es ue lo calent1ramos con llamas de mec*eros 2. #u1l es la relación entre calor, energía térmica y temperatura. todos los cuerpos poseen energía interna, debido en parte a la energía cinética de sus partículas. Csta energía se llama energía térmica. ; mayor velocidad de las partículas mayor es la energía del cuerpo.
7a temperatura es una magnitud macroscópica. 7os cuerpos con m1s temperatura pasan energía a los cuerpos con menos temperatura, *asta ue éstas se igualan.
CONCLUSIONES
Cn los e8perimentos realizados se pudo determinar valores apro8imados a los reales.
OBSERVACIONES 9 SUGERENCIAS
Durante la toma de datos los instrumentos utilizados no tienen una gran precisión por lo cual los resultados tienen un considerable margen de error. BIBLIOGRAFIA
". ísica, Tipler, aul ;., Cdit. E. F. reemanG / a edición ?2!!4@ 2. Manual de 7aboratorio de ísica U(%, 2!!3. &. ísica Universitaria, . $ears, y M. HemansIi, Cdit. ;ddison=Eesley earson "2a edición ?2!!4@. ísica 9ecreativa, $. )il y C. 9odriguez, JJJ.fisicarecreativa.com.
