CALOR ABSORBIDO/ DISIPADO Y CONVECCION EXPERIENCIA N° 9
* Investigar el comportamiento de la energía térmica absorbida/disipada por una
sustancia liquida. * Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido/disipado para diferentes proporciones del líquido. * Investigar cómo se transporta el calor en los fluidos.
Caso 1: CALOR ABSORBIDO Y DISIPADO La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variación de temperatura. Esto es: T 0 ) Q α m (T – T Q = mc (T – T T 0 ) ………. (1) Donde: C: calor especifico T0: temperatura inicial de referencia T: temperatura final El suministro de energía térmica por unidad de tiempo a un cuerpo, corresponde a que este recibe un flujo calorífico H. Si el flujo es constante, H = dQ/dt = cte ………. (2)
De (1) y (2) se tiene: dQ/dt = mc dT/dt = H, Luego,
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dT = H dt/mc
Integrando e iterando se tiene: ∫
= ∫0 T = t + T0 ………. (3)
La ecuación (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde H/mc representa la pendiente y T 0 la temperatura inicial. Si el cuerpo se encuentra en su sistema adiabático, el trabajo de dilatación se realiza a expensas de la energía interna.
Sin embargo, la variación de la energía en el interior del cuerpo es un proceso no coincide con el trabajo realizado; la energía adquirida de esta manera se denomina cantidad de calor, es positiva cuando absorbe calor y negativa cuando disipa calor.
La energía interna del cuerpo aumenta a costa de la cantidad de calor adquirida dq, y disminuye a costa del trabajo realizado por el cuerpo dw (principio de conservación de la energía en los procesos térmicos). Se le conoce como la primera ley de la termodinámica, y se expresa como: dU = dQ – PdV ……….(4)
Caso 2: CONVECCIÓN La propagación del calor se puede dar por tres métodos diferentes: conducción (en solidos), convección (en fluidos) y radiación, a través de cualquier medio transparente a ella. Si hay diferencia de temperatura entre dos puntos, el calor siempre se propaga en la zona más caliente a la menos caliente.
CONVECCION: Es la manera más eficiente de propagación del calor, se da en los fluidos. Un fluido cálido, por diferencia de densidades, haciende hacia regiones menos calientes; por compensación un fluido frio desciende a tomar su lugar; si continua así este movimiento, da lugar a la formación de células convectivas. Ejemplo, cuando el agua hierve se forman burbujas (regiones calientes) que ascienden hacia regiones menos calientes, las células convectivas en la atmosfera que dan lugar a las precipitaciones pluviales.
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Calor absorbido/disipado 1 mechero bunsen 1 soporte universal 1 clamp 1 termómetro 1 agitador 1 vaso de precipitados graduado de 500 cc. 1 vaso de precipitado de 200 cc. Papel milimetrado Papel toalla
Convección 1 mechero bunsen 1 soporte universal 1 clamp 1 termómetro 1 pinza universal 1 vaso de precipitados de 200 cc. 1 cuchara de mango (espátula) Permanganato de potasio Espiral de papel preparado
MONTAJE 1 CALOR ABSORBIDO / DISIPADO 1.- Monte el equipo, como muestra el diseño experimental. 2.-Coloque en el vaso pirex agua a temperatura del ambiente. Casi hasta la parte superior. 3.- Encienda el mechero. Mantenga el flujo de calor constante durante toda la experiencia. La llama no debe ser muy fuerte ni estar muy cerca del vaso. 4.-Agite el agua previamente y lea la temperatura cada 30 s hasta llegar al punto de ebullición. Anote los datos en la tabla N°1. 5.-Repita los pasos (1) al (5) bajo las mismas condiciones anteriores; pero ahora para la mitad de la cantidad de agua que la anterior. Anote los datos en la tabla 2.
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6.-Grafique la variación de temperatura T versus el tiempo t, para los 2 casos anteriores. 7.- Vierta esa agua caliente en la probeta graduada hasta 200ml. Luego viértalo en el vaso de espuma de poliuretano. Coloque un termómetro en el vaso de espuma y tome la temperatura cada 10 segundos durante 3 minutos. Anote los datos en la Tabla N°3. 8.-Seque un cubo de hielo con una toalla de papel e introdúzcalo en el agua. 9.-Continúe tomando la temperatura cada 10s, agitando suavemente, hasta 3 minutos después que el cubo de hielo se haya fundido. Anote los datos en la Tabla N°4.
1. En el vaso de precipitados vierta alrededor de 200ml de agua. 2. Por el borde del vaso de precipitados deje caer en el agua algunos cristales de Permanganato de potasio. 3. Con la llama baja coloque el mechero debajo del borde inferior del vaso de precipitados. 4. Mientras se calienta, observe atentamente el agua coloreada. El Permanganato de potasio combinado con el agua modela el movimiento del liquido que es producido por la transferencia de calor por convección, donde las capas inferiores que están más en contacto con el mechero aumentan su volumen y disminuyen su densidad, por lo cual asciende la columna del liquido, mientras que las capas superiores, que están frías, se mueven hacia abajo. 5. Dibuje esquemáticamente en la figura 2 con líneas pun teadas como el agua sube y baja. Explique lo que observa mientras se calienta el agua.
1. Desglose la hoja con las figuras de espirales y recorte cuidadosamente. 2. Haga un nudo en el sedal y páselo por un orificio previamente hecho en el centro del espiral. 3. Encienda el mechero con una llama baja. 4. Cuelgue la espiral entre los 15 y 20 cm por encima del mechero.
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5. Observe atentamente el fenómeno. Anote sus impresiones Cuando la espiral es colocada sobre el mechero, el aire que está cerca del fuego recibe calor, por consiguiente, el volumen de esta capa de aire aumenta y por eso su densidad disminuirá, haciendo que se desplace hacia arriba por la espiral para que sea reemplazado por aire menos caliente y más denso que viene de la región superior, este proceso continua con una circulación de masas de aire más caliente hacia arriba y de masas de aire frio hacia abajo este aire en movimiento moverá la espiral haciendo que entre en rotación.
No porque el aire que es empujado hacia la espiral giraría en el sentido que está confeccionada la espiral como una tuerca.
6. Señale tres ejemplos en los que observe este fenómeno. a. La generación de vientos b. Tormentas c. Ciclones y anticiclones
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TABLA Nº 1 Temperatura inicial = 23°C , Masa : m= 400g t(min) T(°C) t(min) T(°C) t(min) T(°C) 0.5
28
3.0
41
5.5
52
1.0
31
3.5
43
6.0
54
1.5
33
4.0
46
6.5
58
2.0
36
4.5
48
7.0
60
2.5
38
5.0
50
7.5
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TABLA Nº2
t(min)
Temperatura inicial = 23°C ; Masa : m= 200g T(°C) t(min) T(°C) t(min) T(°C) t(min)
0.5
26
2.5
34
4.5
43
6.5
52
1.0
27
3.0
35
5.0
46
7.0
54
1.5
28
3.5
36
5.5
47
7.5
55
2.0
30
4.0
38
6.0
48
8.0
56
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T(°C)
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6. CONCLUSIONES:
De esta experiencia concluimos que los fluidos se desplazan de zonas calientes a zonas con menor temperatura, esto se comprobó observando el desplazamiento del permanganato.
Al calentar un fluido, se hace menos denso que el resto del fluido que lo rodea y flota sobre éste, ascendiendo así por dicho fluido.
Las corrientes convectivas en un fluido se dan de un solo modo. El ascenso por un lado y por el otro el descenso. Esto es porque en el ascenso el líquido ha aumentado su volumen. Por tanto disminuye su densidad.
Cuanto mayor es la velocidad del fluido, mayor es la ve locidad de transferencia de calor.
Si se controla la velocidad del aire (fluido) disminuye, entonces el e spiral deja de moverse.
La velocidad de transferencia de calor por convección siempre es proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido.
7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: http://www.monografias.com/trabajos93/practica-densidad/practica-
densidad.shtml (1) http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_mecanica/densidades
_udesa1.pdf (2) http://www.cienciaredcreativa.org/guias/densidad.pdf (3)
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