3er laboratorio de Fisica 2 de la universidad nacional de ingenieria. Realizado para los alumnos de la facultad de ingenieria mecanica de la UNIDescripción completa
Laboratorio 5 de la FIIS UNIDescripción completa
LABORATORIO FISICA II LABO 5
Descripción: el labo de fisica 3 de la UNI
FIA - UNI 3er Informe de Laboratorio de Física EXPERIMENTO Nº03: Segunda Ley de Newton Curso: Física I Profesor: Caballero Integrantes -Gamarra Gomez, Stalin Mersheli -Espinoza Soto, Grov…Descripción completa
Descripción: Informe de labratorio de fisica I , Medicion . Se encuentra las 3 partes la de errores con vernier y regla, la de incertidumbre al contar los frijoles y la relacion entre la longitud y el periodo e...
Descripción completa
Descripción: Dinámica de rotación
lab fisicaDescripción completa
Informe de Laboratorio 5 UNI-FIM Fisica 2Descripción completa
Universidad Tecnológica de Panamá
Cuestionario RealizadoDescripción completa
Descripción: informe de laboratorio numero 5 de fisica 1
Descripción: laboratorio de fisica I UNI FIEE
fisicaDescripción completa
INDICE Introducción Objetivos Fundamento Teórico Representación Esquemática Hoja de Datos Cálculos y Resultados Observaciones Recomendaciones Conclusiones iblio!ra"#a
INTRODUCCIÓN
El presente in"orme de laboratorio de "#sica$ que tiene por t#tulo %C&'OR E()ECIFICO* la cual
pertenece a la sección que se encuentra bajo la
dirección del in!+ ,os- )ac.as$ pro"esor del curso de "#sica II de la "acultad de in!enier#a /ecánica Con este e0perimento se pretende que el estudiante de in!enier#a observe el %C&'OR E()ECIFICO* y a partir de ello identi"ique las principales ma!nitudes que intervienen$ y visualice los valores que -stas toman en distintos casos$ as# como las variaciones que e0perimentan en diversos instantes y posiciones+ Tambi-n es una nueva oportunidad que tenemos los alumnos pertenecientes al !rupo$ para poder dar un aporte que sea 1til a nuestros compa2eros$ con los cuales intercambiaremos in"ormación sobre el tema desarrollado$ resultados$ y as# sacar conclusiones$ con las cuales sacar recomendaciones para mejorar el e0perimento reali3ado+ 4ueremos a!radecer a la "acultad de ciencia por el pr-stamo de su laboratorio$ además al in!+ ,os- )ac.as por el tiempo brindado .acia nosotros y por su conocimiento que nos transmite en cada e0perimento )or 1ltimo esperamos que este trabajo sea de su a!rado+
OBJETIVOS •
Determinar la capacidad calor#"ica de un calor#metro+ Determinar el calor espec#"ico de di"erentes muestras solidas mediante
•
el uso de un modelo dinámico sencillo+ Estudiar el e"ecto de la trans"erencia de calor entre el calor#metro y la
•
muestra a anali3ar+ 5eri"icar e0perimentalmente las distintas ecuaciones de cantidad de
•
• •
• •
calor 647+ &plicar la 'ey de Equilibrio T-rmico a sistemas termodinámicos+ &plicar la conservación de la ener!#a en sistemas con trans"erencia de calor+ Reconocer el calor como una "orma de ener!#a+ &"ian3aremos los conceptos de calor$ temperatura$ calor espec#"ico$ capacidad calor#"ica+
FUNDAMENTO TEÓRICO
CALOR ESPECÍFICO El calor específco es una ma!nitud "#sica que se de"ine como la cantidad de calor que .ay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad 68elvin o !rado Celsius7+ En !eneral$ el valor del calor espec#"ico depende de dic.a temperatura inicial+ (e la representa con la letra 6min1scula7+ En "orma análo!a$ se de"ine la capacidad calor#"ica como la cantidad de calor que .ay que suministrar a toda la e0tensión de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad 68elvin o !rado Celsius7+ (e la representa con la letra
6may1scula7+
)or lo tanto$ el calor espec#"ico es la capacidad calor#"ica espec#"ica$ esto es + El calor espec#"ico es una propiedad intensiva de la materia$ por lo que es representativo de cada sustancia9 por el contrario$ la capacidad calor#"ica es una propiedad e0tensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular+ Cuanto mayor es el calor espec#"ico de las sustancias$ más ener!#a calor#"ica se necesita para incrementar la temperatura+ )or ejemplo$ se requiere oc.o veces más ener!#a para incrementar la temperatura de un lin!ote de ma!nesio que para un lin!ote de plomo de la misma masa+ El t-rmino :calor espec#"ico: tiene su ori!en en el trabajo del "#sico ,osep. lac8$ quien reali3ó variadas medidas calorim-tricas y usó la "rase %capacidad para el calor*+ En esa -poca la mecánica y la termodinámica se consideraban ciencias independientes$ por lo que actualmente el t-rmino podr#a parecer inapropiado9 tal ve3 un mejor nombre podr#a ser transferencia de energía calorífica específica$ pero el t-rmino está demasiado arrai!ado para ser
reempla3ado+
El calor específco !e"o 6 7 correspondiente a un cierto intervalo de temperaturas
se de"ine en la "orma;
Donde
es la trans"erencia de ener!#a en "orma calor#"ica entre el sistema y su
entorno u otro sistema$
es la masa del sistema 6se usa una n cuando se trata
del calor espec#"ico molar 7 y
es el incremento de temperatura que
e0perimenta el sistema+ El calor específco 6 7 correspondiente a una temperatura dada
se de"ine como;
El calor espec#"ico 6 7 es una "unción de la temperatura del sistema9 esto es$ + Esta "unción es creciente para la mayor#a de las sustancias 6e0cepto para los !ases monoatómicos y diatómicos7+ Esto se debe a e"ectos cuánticos que .acen que los modos de vibración est-n cuanti3ados y sólo est-n accesibles a medida que aumenta la temperatura+ Conocida la "unción
$ la cantidad de
calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial T i a la "inal T f se calcula mediante la inte!ral si!uiente;
En un intervalo donde la capacidad calor#"ica sea apro0imadamente constante la "órmula anterior puede escribirse simplemente como;
Cantidad de sustancia Cuando se mide el calor espec#"ico en ciencia e in!enier#a$ la cantidad de sustancia es a menudo de masa$ ya sea en !ramos o en 8ilo!ramos$ ambos del (I+ Especialmente en qu#mica$ sin embar!o$ conviene que la unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor espec#"ico$ el cual es un cierto n1mero de mol-culas o átomos de la sustancia+ Cuando la unidad de la cantidad de sustancia es el mol$ el t-rmino calor específico molar se puede usar para re"erirse de manera e0pl#cita a la medida9 o bien usar el t-rmino calor específico másico$ para indicar que se usa una unidad de masa+
Co#cep$os relaco#a"os Hay dos condiciones notablemente distintas bajo las que se mide el calor espec#"ico y -stas se denotan con su"ijos en la letra c + El calor espec#"ico de los !ases normalmente se mide bajo condiciones de presión constante 6(#mbolo; c p7+ 'as mediciones a presión constante producen valores mayores que
aquellas que se reali3an a volumen constante 6 c v 7$ debido a que en el primer caso se reali3a un trabajo de e0pansión+ El cociente entre los calores espec#"icos a presión constante y a volumen constante para una misma sustancia o sistema termodinámico se denomina coe"iciente adiabático y se desi!na mediante la letra !rie!a
6!amma7+ Este
parámetro aparece en "órmulas "#sicas$ como por ejemplo la de la velocidad del sonido en un !as ideal+ El calor espec#"ico de las sustancias distintas de los !ases monoatómicos no está dado por constantes "ijas y puede variar un poco dependiendo de la temperatura+ )or lo tanto$ debe especi"icarse con precisión la temperatura a la cual se .ace la medición+ &s#$ por ejemplo$ el calor espec#"ico del a!ua e0.ibe un valor m#nimo de <$==>=? cal@6!AB7 para la temperatura de $? C$ en tanto que vale $<<>G cal@6!AB7 a < C+ )or consi!uiente$ el calor espec#"ico del a!ua var#a menos del respecto de su valor de cal@6!AB7 a ? C$ por lo que a menudo se le considera como constante+ 'a presión a la que se mide el calor espec#"ico es especialmente importante para !ases y l#quidos+
UNIDADES
U#"a"es "e calor específco En el (istema Internacional de nidades$ el calor espec#"ico se e0presa en julios por 8ilo!ramo y por 8elvin 6,A8!JABJ79 otra unidad$ no perteneciente al (I$ es la calor#a por !ramo y por 8elvin 6calA! JABJ7+ &s#$ el calor espec#"ico del a!ua es apro0imadamente cal@6!AB7 en un amplio intervalo de temperaturas$ a la presión atmos"-rica9 e0actamente calA! JABJ en el intervalo de $? C a ?$? C 6por la de"inición de la unidad calor#a7+ En los Estados nidos$ y en otros pocos pa#ses donde se si!ue utili3ando el (istema &n!losajón de nidades$ el calor espec#"ico se suele medir en T 6unidad de calor7 por libra 6unidad de masa7 y !rado Fa.ren.eit 6unidad de temperatura7+ 'a T se de"ine como la cantidad de calor que se requiere para elevar un !rado Fa.ren.eit la temperatura de una libra de a!ua en condiciones atmos"-ricas normales+
FACTORES %UE AFECTAN EL CALOR ESPECÍFICO 'as mol-culas tienen una estructura interna porque están compuestas de átomos que tienen di"erentes "ormas de moverse en las mol-culas+ 'a ener!#a cin-tica almacenada en estos grados de libertad internos no contribuye a la temperatura de la sustancia sino a su calor espec#"ico+
C&LCULOS ' RESULTADOS
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO Teniendo en cuenta el "undamento teórico Calor !anado por un cuerpo K calor perdido por el otro Q ganado =Q perdido Q =m∗c e∗∆ T
)or de"inición;
Dónde; Q1
; Calor !anado por el a!ua+
Q2
; Calor !anado por el calor#metro+
Q3
; Calor perdido por el a!ua+
C ; Capacidad calor#"ica+ )ara el a!ua se sabe que;
ce
=
1
cal g℃
Ecuaciones; Q 1+ Q 2 = Q 3
m 1 . ( c e agua ) ( T −T a ) + m ( c e calorímetro ) ( T −T a )= m2 ( c e agua ) ( T b −T ) 244 . ( 1 ) ( 39 −21 )+ m ( c e calorímetro ) ( 39− 21 ) =230. ( 1)( 64− 39)
C =m . c e =75.444
cal g℃
CALOR ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS PROBLEMA N()* A+ Determinar el calor espec#"ico de la masa + Ecuaciones; Q ganado =Q perdido Q 1+ Q 2 = Q 3
m a ( c e agua ) ( T −T a ) + C . ( T −T a )= m1 . ( c e agua ) . ( T b−T )
Es importante distin!uir entre capacidad calor#"ica y calor espec#"ico$ el primer t-rmino alude al objeto y el se!undo al material del cual está
•
.ec.o+ 'a tapa del calor#metro no es muy .erm-tica$ por lo que el medio in"luye
•
en cierto modo en la temperatura de equilibrio+ 'a probeta tiene un mar!en de error en la medición$ as# que la cantidad
•
de a!ua en equilibrio no es e0acta+ 'as pie3as metálicas calentadas no lle!aban a variar considerablemente
•
la temperatura del a!ua+ (e observa que cada ve3 que transvasamos el a!ua$ se pierde cierta
•
cantidad de a!ua+ Estamos incurriendo a un error en los cálculos$ pues no consideramos la p-rdida de la temperatura del metal en el momento que se retira del sistema que le entre!a calor para despu-s sumer!irlo en el sistema de
•
prueba+ (e observó que lue!o de calentar el a!ua y apa!ar el mec.ero$ la medida que se observaba en el termómetro disminu#a rápidamente en apro0imadamente ? a < C$ lue!o se!u#a disminuyendo pero más despacio 6de manera casi imperceptible7+
•
En nuestros cálculos no .emos incluido el calor que absorbe el metal del termómetro+
RECOMENDACIONES •
(e recomienda el uso de !uantes aislantes del calor$ para prevenir cualquier accidente de quemadura$ ya que se trabaja a temperaturas
•
mayores a ?<C+ (e recomienda que la e0periencia se realice con muc.o cuidado y rapide3 para que al momento de vaciar el a!ua al termo no se disipe
•
muc.o calor al medio e0terior+ (e recomienda .acer el e0perimento tres veces para as# trabajar con
•
mayor precisión y que el resultado se apro0ime más al real+ )ara la primera parte de la e0periencia$ se recomienda .umectar la ollita antes de vaciar el contenido de la probeta a "in de compensar las
•
p-rdidas de masa de a!ua+ (e recomienda calentar el a!ua de manera moderada y de pre"erencia
•
menos de <<C+ )ara que el calor#metro no pierda muc.o calor se puede usar pedacitos de papel en el a!ujero del calor#metro para que la perdida de calor sea menor+
CONCLUSIONES •
En el cálculo del calor especi"ico de las muestras sólidas 6"ierro$ aluminio$ plomo7 se encontró que nuestros valores .allados distan considerablemente de los valoras promedio encontrados en los te0tos de
•
"#sica+ )ese a esto se !uarda una correcta proporción en los resultados+ El calor es ener!#a que es trans"erida de un sistema a otro$ debido a que se encuentran a di"erentes niveles de temperatura+ )or esta ra3ón$ al poner los dos cuerpos en contacto$ el que se encuentra a mayor temperatura trans"iere calor al otro .asta que se lo!ra el equilibrio
•
t-rmico+ Distintas sustancias tienen di"erentes capacidades para almacenar ener!#a interna al i!ual que para absorber ener!#a y una buena parte de la ener!#a .ace aumentar la intensidad de las vibración de las redes atómicas y este tipo de movimiento es el responsable del aumento en la
•
temperatura+ Cuando la temperatura del sistema aumenta 4 y MT se consideran positivas$ lo que corresponde a que la ener!#a t-rmica "luye .acia el sistema$ cuando la temperatura disminuye$ 4 y MT son ne!ativas y la
•
ener!#a t-rmica "luye .acia "uera del sistema+ El equilibrio t-rmico se establece entre sustancias en contacto t-rmico por la trans"erencia de ener!#a$ en este caso calor9 para calcular la temperatura de equilibrio es necesario recurrir a la conservación de
ener!#a ya que al no e"ectuarse trabajo mecánico la ener!#a t-rmica total •
• •
del sistema se mantiene+ (e concluye que los tres tipos de materiales tienen di"erentes valores$ de acuerdo a sus propiedades "#sicas+ (e concluye que la masa & posee mayor calor especi"ico+ (e concluye que la masa C posee menor calor especi"ico+
