LABORATORIO DE FÍSICA II
CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN I.
OBJE OB JETI TIVO VO
Inve Invest stig igar ar el compo omport rtam amiiento ento de la ener energí gía a tér térmica mica asorida!disipada por "na s"stancia lí#"ida$ %ac %acer "n est" est"di dio o comp compar arat ativ ivo o de la cant cantid idad ad de calo calorr asorido!disipado para di&erentes proporciones p roporciones del lí#"ido$
II. II .
MATERI MATERIAL ALES ES
E#"ipo de calentamiento 'mac(ero "nsen) Soporte *niversal + clamp + pin,a de agarradera + term-metro digital + vaso de precipitado .// mL Ag"a potale 0apel toalla + vaso de esp"ma de poli"retano de 1// g '2 on,as) apro3imadamente$ Cron-metro C"os de (ielo '1. g apro3imadamente) 0apel milimetrado
Lí#"ido4 ag"a
III.
FUNDAMEN FUND AMENTO TO TEÓRICO TEÓR ICO
0 5 g i n a + 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II
El calor asorido o disipado es la cantidad de energía térmica #"e se desprende o se ad(iere a "n c"erpo$ Convecci-n es "na de las &ormas de propagaci-n de calor 8 se da como oservamos d"rante el e3perimento en 9"idos tanto como en el aire$ El camio de temperat"ra provoca "n camio de densidades lo c"al (ace #"e las moléc"las del aire se m"evan$
Como aplicaci-n se p"ede "sar para elegir materiales de me:or calidad para "n proceso determinado donde se "se calor; 8a sea si se necesita "n material el c"al asora menos calor o m5s calor dependiendo de lo #"e se necesite$ Saiendo el calor especi
IV.
PROCEDIMIENTO Montaje 1 Calo a!"o!#$o/$#"#%a$o
+$ =ontamos el e#"ipo como m"estra la g"ía$ 1$ Colocamos en el vaso pire3 ag"a a temperat"ra del amiente; casi (asta la parte s"perior$ 7$ Anotamos el valor de la temperat"ra 8 el vol"men del ag"a$ T 0 =20 °C
V = 400 mL
>$ Encendemos el mec(ero$ B"scamos "n 9":o apro3imadamente constante$ La llama no dee ser m"8 &"erte ni estar m"8 cerca del vaso$ .$ =edimos la distancia entre la llama 8 el vaso$ T"vimos #"e mantener esta distancia todo el e3perimento para #"e no varien las condiciones e3perimentales$ Distancia /$ ?$ Agitamos el ag"a previamente 8 leemos la temperat"ra cada 7/s (asta llegar al p"nto de e"llici-n$ Anotamos los datos en la Tala @+$
TABLA 1 &' ( )** +,
0 5 g i n a 1 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II T 'C) >2 ?
1+ >$. 2
11$. .7 2/
1. ..$. 21
1$. .2$. 2>
7/ 71$. ?+ ?7$7 2? 2$.
7. ?.$. 2
7$. ?2 /$.
>/ >1$ / 1$. 1 7
>.$1 >$7 >
t 's)
7/
?/
/
+1/
+./
+2/
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1>/
1/
7//
77/
7?/
7/
>1/
>./
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./
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?7/
??/
?/
1/
./
2/
2+/
2>/
2/
//
7/
?/
/
+/1 /
+/. /
$ Repita los pasos + 8 . a:o las mismas condiciones anteriores a(ora "se la mitad de la cantidad de ag"a anterior$ Anote los datos en la Tala @1$ TABLA - &'/- ( -** +,
T 'C)
11
1 77
7$.
>.$.
.+$7
. ?1$.
?2 1$2
$.
21$.
2?$2
+ >$.
$2
t 's)
7/
?/
/
+1/
+./
+2/
1+/
1>/
1/
7//
77/
7?/
7/
>1/
>./
>2/
2$ ra<#"e la variaci-n de temperat"ra T vers"s el tiempo t; para los 1 casos anteriores$ Gráfca de la tabla 1
T &C, /". t &", +// 2/ &'3) G /$/23 H +$7 ?/ T &C, >/ 1/ / / 1// >// ?// 2// +/// +1// t &",
0 5 g i n a 7 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II
Gráfca de la tabla 2
T &C, /". t &", +./ +// T &C,
&'3) G /$+3 H +$/7
./ / /
+//
1//
7//
>//
.//
?//
t &",
0.Determine la ec"aci-n de la gra
De lo" $o" +23o" 4C5'o #$ent#23a6a" el l678#$o 78e t#ene 'a9o 'a"a:
0ara poder identi
0 5 g i n a > 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II Si vemos el gr5
//g de ag"a$ En concl"si-n si anali,amos nicamente "na gr5/ >1$ >.$1 >2 >$. .7 ..$. .2$. ?+ ?7$7 ?.$. ?2 / 1$. >$7 ? 2 2/ 21 2> 2? 2$. 2 /$. 1
t 's) 7/ ?/ / +1/ +./ +2/ 1+/ 1>/ 1/ 7// 77/ 7?/ 7/ >1/ >./ >2/ .+/ .>/ ./ ?// ?7/ ??/ ?/ 1/ ./ 2/ 2+/ 2>/ 2/ // 7/ ?/ /
Método de mínimos cuadrados para la primera tabla.
3Gt 7/ ?/ / +1/ +./ +2/ 1+/ 1>/ 1/ 7// 77/ 7?/ 7/ >1/ >./ >2/ .+/ .>/ ./ ?// ?7/ ??/ ?/ 1/ 0***
8GT 1+ 11$. 1. 1$. 7/ 71$. 7. 7$. >/ >1$ >.$1 >2 >$. .7 ..$. .2$. ?+ ?7$7 ?.$. ?2 / 1$. >$7 ? 11>)
38 ?7/ +7./ 11./ 77// >.// .2./ 7./ /// +/2// +12+/ +>+? +12/ +7/. 111?/ 1>. 12/2/ 7+++/ 7>+21 777. >/2// >>+// >2./ .+1? .>1/ ?-@*-*
31 // 7?// 2+// +>>// 11.// 71>// >>+// .?// 1// //// +/2// +1?// +.1+// +?>// 1/1.// 17/>// 1?/+// 1+?// 71>// 7?//// 7?// >7.?// >?+// .+2>// ))1****
0 5 g i n a . 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II %allando el JmJ 8 K J mediante mínimos c"adrados ' ( *.*-@0?>
! ( 1>.)*?>0>
Método de mínimos cuadrados para la segunda tabla.
T 'C) 11 1 77 7$. >.$. .+$7 . ?1$. ?2 1$2 $. 21$. 2?$2 + >$. $2
+/$ t MGt 's) 7/ 7/ ?/ ?/ / / +1/ +1/ +./ +./ +2/ +2/ 1+/ 1+/ 1>/ 1>/ 1/ 1/ 7// 7// 77/ 77/ N 10* 7?/
8GT 11 1 77 7$. >.$. .+$7 . ?1$. ?2 1$2 $.
++$ 38 31 +1$ +7$ ??/ // +>$ +?1/ 7?// +.$ 1/ 2+// +?$ >>/ +>>// +$ +2$ ?21. 11.// +$ 17> 71>// 1/$ ++/ >>+// 1+$ 11$ +./// .?// 17$ +27?/ 1// 1+2>/ //// 1... +/2// [email protected] 11>0) )??)**
7/ >1/ >./ >2/
%allando el JmK 8 JK mediante mínimos c"adrados4 ' ( *.1)) ! ( 1@.?@11-
+/$ ierta esa ag"a caliente en la proeta grad"ada (asta 1//ml$ L"ego viértalo en el vaso de esp"ma de poli"retano$ Colo#"e "n term-metro en el vaso de esp"ma 8 tome la temperat"ra cada +/ seg"ndos d"rante 7 min"tos$ Anote los datos en la Tala @7$ TABLA
T 'C) 2>$
+$.
/$.
/
2$1
22$2
22
2$7
2?$
2?$1
2.$?
2.
2>
27$.
21$
21$?
21
2+$?
t 's)
+/
1/
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?/
/
2/
/
+//
++/
+1/
+7/
+>/
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+?/
+/
+2/
0 5 g i n a ? 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II
T &C, ". t &", . /
&'3) G /$/?3 H +$.2
T &C, 2. 2/
. / 1/ >/ ?/ 2/ +// +1/ +>/ +?/ +2/ 1// t &",
Gráfca de la tabla 3
++$ Se#"e "n c"o de (ielo con "na toalla de papel e introd,calo en el ag"a$ +1$ Contine tomando la temperat"ra cada +/s; agitando s"avemente; (asta 7 min"tos desp"és #"e el c"o de (ielo se (a8a &"ndido$ Anote los datos en la Tala @>$
TABLA )
T 'C)
?2$7
?2$+
?$
?$?
?$7
?
??$2
??$.
?.$+
?>$
?>$
?>$.
?>
?7$2
?7$.
t 's)
+/
1/
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>/
./
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+7/
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+?/
+/
+2/
?.$2
?.$>
? ?
2/
/
+//
++/
Apro3imadamente al min"to
0 5 g i n a 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II Dete'#na el ol8'en 2nal $el a+8a$ G+1 ml
;8< 'a"a ten6a el a+8a o#+#nal'enteP
mo G+/$/2 g
;8< 'a"a ten6a el #elo o#+#nal'enteP
m( G++$?+?1g
E=%l#78e 35'o $ete'#n5 e"ta" 'a"a"
Se ot"vo el primero del vol"men
T &C, /". t &", / ?2 &'3) G /$/73 H ?2$+ ?? T &C, ?> ?1 ?/ / 1/ >/ ?/ 2/ +// +1/ +>/ +?/ +2/ 1// t &",
Calc"la la cantidad total de calor perdida por el ag"a mientras el c"o de (ielo se &"ndía$ Q=mc ∆T c agua =1,00
cal g.°C
Montaje - Cone33#5n &A+8a,
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LABORATORIO DE FÍSICA II +$ En el vaso de precipitados vierta alrededor de 1//ml de ag"a$ 1$ 0or el orde del vaso de precipitados de:e caer en el ag"a alg"nos cristales de 0ermanganato de potasio$ 7$ Con la llama a:a colo#"e el mec(ero dea:o del orde in&erior del vaso de precipitados$ >$ =ientras se calienta; oserve atentamente el ag"a coloreada$ El 0ermanganato de potasio cominado con el ag"a modela el movimiento del li#"ido #"e es prod"cido por la trans&erencia de calor por convecci-n; donde las capas in&eriores #"e est5n m5s en contacto con el mec(ero a"mentan s" vol"men 8 dismin"8en s" densidad; por lo c"al asciende la col"mna del li#"ido; mientras #"e las capas s"periores; #"e est5n &rías; se m"even (acia aa:o$ .$ Di":e es#"em5ticamente en la
Montaje Cone33#5n &A#e,
+$ Desglose la (o:a con las $ C"elg"e la espiral entre los +. 8 1/ cm por encima del mec(ero$ .$ Oserve atentamente el &en-meno$ Anote s"s impresiones C"ando la espiral es colocada sore el mec(ero; el aire #"e est5 cerca del &"ego recie calor; por consig"iente; el vol"men de esta capa de aire a"menta 8 por eso s" densidad dismin"ir5; (aciendo #"e se desplace (acia arria por la espiral para #"e sea reempla,ado por aire menos caliente 8 m5s denso #"e viene de la regi-n s"perior; este proceso contin"a con "na circ"laci-n de masas de aire m5s caliente (acia arria 8 de masas de aire &rio (acia aa:o este aire en movimiento mover5 la espiral (aciendo #"e entre en rotaci-n$
4S# la e"%#al e"t8#ea 3one33#ona$a $el oto "ent#$oG el +#o "e#a el '#"'o: 4Po 78<:
@o por#"e el aire #"e es emp":ado (acia la espiral giraría en el sentido #"e est5 con&eccionada la espiral como "na t"erca$
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LABORATORIO DE FÍSICA II ?$ SeQale tres e:emplos en los #"e oserve este &en-meno$ a$ La generaci-n de vientos $ Tormentas c$ Ciclones 8 anticiclones V.
EVALUACIÓN
1. S# en el %a"o 0 en l8+a $e a+8a 8t#l#Ha oto l678#$o $e 'a9o 3alo e"%e3623oG %eo $e #+8al 'a"aG 4C5'o "e6a el +a23o: t3elo 9 $e"36!alo.
Se oserva "na relaci-n inversa entre el calor especi
T'C) vs t 's)
-.
4C8l e" aH5n $e 78e en e"te
la
e=%e#'ento
la
te'%eat8a
no
lle+8e
a
1**3:
La temperat"ra ("iese llegado a +//c si se ("iese traa:ado a:o "na atmos&era de presi-n #"e es la presi-n atmos&érica al nivel del mar; como en el laoratorio nos encontramos a "nos c"antos metros sore el nivel del mar no se logr- oservar #"e el ag"a llegase a (ervir a dic(a temperat"ra; e"llira "n lí#"ido 8 es por eso #"e el ag"a (irvi- al llegar a los c apro3imadamente$ . Paa el 3a"o $el a+8aG a%o=#'a$a'ente a %at# $e >?3 la +23a $e la te'%eat8a e"8" el t#e'%o $eja $e tene 3o'%ota'#ento l#neal 4%o 78<:
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LABORATORIO DE FÍSICA II Es #"e a(í se podría decir #"e comien,a a dar "n camio de estado de manera mínima 8 8a no tiene el mismo comportamiento$ ). In$#78e el t#e'%o 78e $e'oo en e3oe el #ntealo *C 9 ?C. Re#"e el 3a"o e+#"ta$o ente ?*C 9 ??C.
0ara la tala +4 0ara el intervalo '2/2.) es4 + min"to 7/ seg"ndos apro3$ 0ara la tala 14 0ara el intervalo '2/2.) es4 7/ seg"ndos apro3$
?. 4;8< "#+n#23a$o t#ene lo" $ato" $el %a"o "#ete:
Se trata de traa:ar con las mismas condiciones; para notar la di&erencia #"e (a8 c"ando se traa:a con "n vol"men de ag"a; para l"ego traar con la mitad de ese vol"men$
@. Co'%ae lo" ta'ao" $e lo" #ntealo" $e la te'%eat8a %aa la" 'a"a" ' 9 '/-.
Los tamaQos de los intervalos de la temperat"ra m 8 m!1 son distintos; para "n mismo intervalo de tiempo el tamaQo del intervalo de la temperat"ra de m es menor #"e el de m!1 ; p"es la variaci-n de la temperat"ra depende de manera inversa con la masa del lí#"ido$ >. Ine"t#+8e 9 e=%l#78e 3on3#"a'ente "o!e la 3#38la3#5n o3
La circ"laci-n del océano depende principalmente de dos &actores atmos&éricos4 el viento y el calentamiento del agua de mar. El océano; #"e p"ede almacenar calor en m"c(a me:or &orma #"e la atm-s&era o #"e la tierra
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LABORATORIO DE FÍSICA II . 4;8< "83e$e en n8e"to 'e$#o $8ante el en5'eno $el n#o:
En el 0er; este &en-meno se caracteri,a por el a"mento de la temperat"ra del mar 8 por "na ma8or presencia de n"es 8 a"ndantes ll"vias en la costa norte$ C"ando es leve o normal; s"s e&ectos son enignos 8 ca"sa pocas pérdidas materiales$ 0ero c"ando es grave o severo; s"s e&ectos son desastrosos; se prod"cen se#"ias e in"ndaciones$ D"rante el &en-meno de JEL @IOK; el mar #"e normalmente esta &rio; se calienta; 8 al calentarse se llena de peces 8 mol"scos de ag"as tropicales$ 0. 4;8< "on lo" #ento" al#"#o": 4;8< en5'eno" lo" %o$83en: Los vientos alisios son masas de aire en movimiento; #"e se dirigen (acia el ec"ador desde los tr-picos con sentidos en el (emis&erio norte de noreste al s"roeste 8 en el (emis&erio s"r de s"reste (acia el noroeste$ Estos se generan deido a #"e en el ec"ador se prod"ce "n ascenso de masas aire c5lido; esto (ace #"e se origine "na ,ona de a:a presi-n en esta ,ona #"e ser5 oc"pada por el aire proporcionado de los alisios$ 1*.Se "a!e 78e el Sol e"t 3on"t#t8#$o %o $#e"o" +a"e"G #ne"t#+8e 8"te$ 35'o o38e el tan"%ote $e ene+6a a ta<" $e
El transporte de energía se reali,a por convecci-n; de modo #"e el calor se transporta de manera no (omogénea 8 t"r"lenta por el propio 9"ido en la ,ona convectiva$ Los 9"idos en esta ,ona se dilatan al ser calentados 8 dismin"8en s" densidad; por ende; se &orman corrientes ascendentes de material de la ,ona caliente cercana a la ,ona de radiaci-n (asta la ,ona s"perior 8 sim"lt5neamente se prod"cen movimientos descendentes de material desde las ,onas e3teriores &rías$
VI.
CONCLUSIONES
De esta e3periencia concl"imos #"e los 9"idos se despla,an de ,onas calientes a ,onas con menor temperat"ra; esto se compro- oservando el despla,amiento del permanganato$ Donde la ec"aci-n representa4
T G %!cm t H !
m es la pendiente 8 es "n p"nto de paso$
% es el 9":o calorí
C es e calor especi
m es la masa
0 5 g i n a +1 6 +7
LABORATORIO DE FÍSICA II
En general a ma8or masa ma8or es el tiempo en calentar el ag"a$
0 5 g i n a +7 6 +7
