Informe 1 Ondas y Calor 2014

LABORATORIO DE FÍSICA

TEMA: Análisis Grafico. Cantidad de Calor

PFR CODIGO SEMESTRE GRUPO

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1. Introducción

El laboratorio es para al finalizar éste, se logré un optimo aprendizaje sobre el uso de los programas Pasco Capstone y Data Studio. Donde se introducen datos para posteriormente obtener resultados precisos, donde se puede observar diferentes graficas que requiramos y así aprender a analizarlas, comprenderlas. El experimento consiste básicamente en la obtención de datos que refieran de calor en base a cuadros que brindan datos a través del Pasco capstone, también se usará el software Data Studio que con la ayuda de un sensor que funciona mediante la conexión usb, en conclusión el presente experimento tiene como fin analizar la cantidad de calor a través del software mencionado para evaluar distintas operaciones con los datos obtenidos.




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2. Objetivos: 

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





Familiarizarse con el software a utilizar en las sesiones de laboratorio Comprender y aplicar los procesos de configuración, creación, y edición de experiencias en física, utilizando la pc y sus sensores.

Verificar los resultados de análisis proporcionados por el software, con los modelos matemáticos dados en clase y establecer las diferencias. Determinar relaciones matemáticas entre las variables físicas que intervienen en un experimento.

Estudiar la cantidad de calor que absorbe un líquido, dependiendo de las variaciones de la temperatura, durante un intervalo de tiempo. Realizar un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido por un líquido en función de su masa




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3. Fundamentos teóricos 3.2.

Cantidad de calor. Cuando una sustancia se le añade energía sin hacer trabajo usualmente suele aumentar su temperatura. La cantidad de energía necesaria para incrementar en cierta cantidad la temperatura de una masa de una sustancia varía de una sustancia a otra. Tengamos en cuenta que no sólo se puede cambiar la temperatura de un cuerpo por transferencia de calor, también se puede cambiar la temperatura de un sistema al realizar un trabajo sobre el mismo. La capacidad calorífica C de una muestra particular de una sustancia se define como la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de esa muestra en 1 ºC. A partir de esta definición se ve que el calor Q produce un cambio ΔT de temperatura en una sustancia entonces: Q = C ΔT El calor específico c de una sustancia es la capacidad calorífica por unidad de masa. Así pues, si la energía Q transferida por calor a una masa m de una sustancia cambia la temperatura de la muestra en ΔT. Si el sistema tiene una t emperatura inicial T0 incrementa o disminuye su temperatura a un valor T, la cantidad de calor Q que gana o pierde el sistema está dado por: Q = m c (T – T ) 0

Si la cantidad de calor es suministrada en forma constante a medida que transcurre el tiempo, el flujo calorífico Q será pues constante. Por definición del flujo calorífico y usando la ecuación (2) tenemos:

Q

Q t



mc

T t

 mc

T 0 t

Donde el último término en la ecuación (3) es igual a cero, puesto que la temperatura inicial T tiene un 0

valor fijo. Estableciendo una dependencia de la temperatura con el tiempo se puede escribir:

T 

T 

Q mc

Q mc

t (7)

t  T 0 (8)

Cagua= 1 Cal / g °C =4186 J / kg °C La ecuación (5) muestra la relación lineal que existe entre la temperatura en el sistema y el tiempo. Nota: El calor específico puede ser considerado constante en la experiencia, puesto que su variación con la temperatura es muy pequeña.


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4. Materiales y equipos de trabajo

Figura1. Programa Data Studio

Figura 3. Pinza universal

Figura 5. Matraz y recipiente

Figura 2. Bases

Figura 4, Nuez doblada

Figura 6. Sensor de temperatura

Figura 7. Cocina eléctrica, fuente de calor Figura 8. Varillas

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5. Procedimientos y resultados

Método de los mínimos cuadrados. Tomemos como ejemplo ahora la relación entre la deformación y fuerza aplicada a un soporte (ley de Hooke). Medimos la deformación que produce el peso de 5 masas diferentes a partir de la posición de equilibrio (x = 0) de un resorte. Se obtuvieron los siguientes datos.

TABLA 1 PESO(N)

DEFRMACION(mm)

0.3

9

1.2

15

1.6

24

2.2

27

3.7

49

Usando el método de mínimos cuadrados halle los valores de m y b.

TABLA 2 Xi 0.3 1.2 1.6 2.2 3.7 ∑ Xi=9

m= 0,0119 m/N b= 0,003233 m/N

Yi 9 15 24 27 49 ∑ Yi= 124

XiYi 2,7 18 38,4 59,4 181,3 ∑ XiYi=249,8

2

Xi 0,09 1,44 2,56 4,84 13,69 2 ∑ Xi =13,69




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Figura 9. Uso del Capston™, análisis tabla 1

Usando el programa Capston™

Haga clic sobre el icono de Tabla y gr afico e introducir datos y seguidamente ingresara los siguientes datos Ahora tomemos como ejemplo el movimiento en una dimensión con aceleración constante.

Figura 10. Colocando datos en programa Capstone




Tabla 3 Tiempo(s)

Posición(m)

3.75

10.50

0.00

0.85

4.00

14.05

0.25

0.85

4.25

12.25

0.50

0.50

4.50

15.10

0.75

1.85

4.75

16.30

1.00

1.60

5.00

17.65

1.25

3.55

5.25

19.95

1.50

2.05

5.50

20.20

1.75

5.30

5.75

22.40

2.00

4.65

6.00

22.56

2.25

5.10

6.25

25.35

2.50

6.49

6.50

24.90

2.75

5.80

6.75

28.85

3.00

9.04

7.00

30.22

3.25

9.25

7.25

32.50

3.50

10.71

Figura 11. Grafica de tabla 3

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Figura 12. Aplicando ajuste de curva ya que es una función cuadrática

Figura 13. Análisis de grafico.


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Aplicación, Determinación de la cantidad de calor.

Figura 14. Armado de montaje Montaje experimental

Ingresar al programa Pasco capstone™, hacer clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de temperatura previamente insertado a l a interfase USB Link. Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono configuración y se configura para que registre un periodo de muestreo de 1Hz en °C. Luego presione el icono del sensor de temperatura luego seleccione numérico y cambie a 2 cifras después de la coma decimal, según datos proporcionados por el fabricante el sensor mide en el rango de -35 °C a 135°C con un paso de 0 .01 °C. Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Grafico sobre el icono sensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo, luego hacemos el montaje de la figura 14. Inicie la toma de datos encendiendo el mechero y oprimiendo el botón inicio en la barra de configuración principal de Pasco capstone™. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la pendiente de la gráfica.




-Interrumpir las mediciones a los 75 °C en cada caso.

TABLA 4 Masa de agua(g)

45 g

Temperatura inicial(°C) Tiempo total (s)

3

45 cm

25.4°C

Volumen del 3 agua(cm ) Intercepto

658.7

Pendiente

0.061

18.6

Figura 15. Grafica obtenida al calentar 45g de agua. Se repite el procedimiento anterior cambiando la cantidad de agua en el matraz TABLA 5 Masa de agua(g)

90 g

Temperatura inicial(°C) Tiempo total (s)

3

90 cm

25,2 °C

Volumen del 3 agua(cm ) Intercepto

862.5s

Pendiente

0,0540

27.1

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Figura 16. Resultado luego de realizar lo pedido en tabla 5.

Figura 17. Realizando experiencia de cantidad de calor.


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6. Observaciones y conclusiones:

-

Se observa en el laboratorio las diferentes graficas como comprenderlas así como analizarlas

-

Usar el programa Capstone para su posterior análisis de datos en tablas, datos que nosotros insertamos.

-

Analizar e interpretar los gráficos obtenidos.

-

Al usar el programa Data Studio primero se aprende a configurar para tener datos requeridos, configurar por ejemplo en este caso los hertz.

-

Se observó cual es la temperatura del agua en ambiente.

-

Se observó la variación que hay entre el punto de ebullición del agua aquí y sobre el nivel del mar, ya que este depende de la presión atmosférica.

-

Hallamos la pendiente generada por lo s datos obtenido midiendo la temperatura cada c ierto lapso de tiempo hasta llegar a los 75ºC.

-

Se concluye que la grafica de la aceleración es cuadrática, al darnos una como resultado una curva.

-

Se concluye que en este laboratorio aprendimos a analizar e interpretar los distintos gráficos luego de introducir datos en los programas ya vistos como son Pasco Capstone y el Data Studio.

-

Se concluye que los datos obtenidos por teoría varían a lo que el Pasco nos da. Hay un pequeño margen de error entre ambos, siendo de mayor precisión y optimo usar el software.




7. Bibliografía:

Gráficos estadísticos [en línea ] Recuperado el 24 de marzo del 2014:

http://html.rincondelvago.com/graficos-estadisticos.html Cantidad de calor, profesorenlinea[en linea] Recuperado el 24 de marzo del 2014: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Calor_Cantidad.html Guía de Laboratorio de Física ondas y calor – TECSUP

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8. Cuestionario: 1 Según los resultados de las tablas responder. a. ¿Cuál es el valor de m en unidades del Sistemas Internacionales (SI)?

 )  (    b. Escriba entonces la expresión final de la ecuación en unidades SI .

 D=0.003320.0119.p c. Al proceso de hallar resultado no medido entre valores medidos, con la ayuda de la ecuación de la recta se le llama interpolación. Halle la deformación si le hubiésemos puesto un peso 1.4 N.



D=11,9315(1,4) 3,3233 D=20,022N/mm d. Al proceso de hallar resultados no medidos fuera de los valores registrado se le llama extrapolación. Halle la deformación par un peso de 5 N.

D=0,00332

 0.0119 (5)=0.06282

2 Según los resultados de las tablas responder: a. ¿Qué tipo de ajuste uso? ¿Por qué?

Se usó el ajuste cuadrático debido a que la ecuación es cuadrática. Por lo tanto es una curva. b. ¿Cuál es valor de la posición inicial? ¿Qué variable es en la ecuación?

0.413m

c. ¿Cuál es valor de la velocidad inicial? ¿Qué variable es en la ecuación?

⁄

1.37=

d. ¿Cuál es la aceleración del móvil? ¿Qué variable es la ecuación? 2

0.368m/s




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e. Del menú estadística obtenga los valores máximo y mínimo de la posición y la desviación estándar. Min =0.50 Max =32.50 Media =12.68 Desv.est.=9.79 3 Según los resultados de las tablas responder: a. calcule el flujo de calor para ambas cantidades de agua.

=4.175 Q =0.112×50×1=5.6 0

Q =0.167×25×1 0

b. calcule el flujo de calor absorbido por el agua. Q=4.175×4.5=18.7875 c. ¿Qué relación existe entre los pendientes de las diferentes gráficas y la cantidad de calor absorbido páralos diferentes casos?

Si una aumenta la otra también por lo tanto es directamente proporcional. d. ¿Qué le sucedería a las gráficas si el agua es cambiada por volúmenes iguales de un equilibrio de mayor calor especifico?, explique su respuesta.

No cambiaria ya que si aumenta el calor específico su ebullición sería más rápido pero el grafico no se alteraría. 0

e. ¿Cuál es la razón de no llegar hasta los 100 C en esta experiencia?

La razón es debido a que punto de ebullición depende de la presión atmosférica y ésta varía dependiendo la zona.

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