Laboratorio de Termodinámica
Profesora: Vianey Franco García
Semestre: 2013-2 Práctica No. 2:
Grupo: 8
Brigada: 2 Integrantes:
García Albiter Laura Evangelina García Velázquez Rafael Montenegro Monzón Víctor Manuel Rojas Torreblanca Fortino Rosas Segundo Jesús
Fecha de realización: 12 de Febrero de 2013 Fecha de entrega: 19 de Febrero de 2013
Temperatura
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Comprender el fundamento termodinámico de la medición de la temperatura
Construir la curva de calentamiento del agua
Obtener mediciones de temperatura con tres termómetros distintos y para cada uno determinar:
Rapidez de respuesta
Facilidad de lectura
Primero que nada para poder desarrollar la práctica de temperatura había que entender los conceptos básicos y no tan básicos que íbamos a manejar tales como equilibrio térmico, la ley cero de la termodinámica, temperatura, escalas para medir la temperatura, términos así que se requieren para una buena comprensión de lo que se llevara a cabo.
Una vez conocidos y comprendidos estos temas comenzó el desarrollo de la practica dando inicio con el ensamble del equipo que utilizaríamos en esta práctica, que consistía en armar todo tal como se mostraba en una foto en la práctica; colocando todos los materiales tal y como se especificaba dándole énfasis a los termómetros puesto que con ellos seria nuestro mayor análisis en la práctica. Armado todo se continuo con darle calentamiento al agua y tomando lecturas de las distintas temperaturas que nos iban arrojando los 3 termómetros con los que contábamos termopar, bimetálico y de bulbo.
Haciendo un análisis temperatura contra tiempo buscando obtener la curva de calentamiento del agua registrando el cambio en la temperatura y comparando la rapidez de respuesta, rango y facilidad de lectura de cada termómetro todo esto hasta llevar a la ebullición el agua.
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Tabla 1. Medición de temperaturas durante el calentamiento de agua.
Tiempo (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5
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T termopar [°C] 3.9 2.4 4 5.6 7.6 9.7 11.7 14 17 20.8 27.5 30.8 37 41.5 47.1 52.3 57.6 63 68.1 73.3 77.7 82.8 88.3 92.6 95 95
T bimetálico [°C] 2 4 5 6 7 9 12 15 18 21 26 31 36 40 45 50 56 60 64 70 74 80 84 89 91 91
T mercurio [°C] 2 2 4 5 7 9 11 13 17 21 27 32 36 42 46 53 58 63 68 73 77 82 88 92 94 94
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Gráfica
Durante esta práctica lo que observamos son los fenómenos que conlleva la temperatura, comprendimos distintos conceptos como los de Temperatura, Equilibrio Térmico, así como también analizamos lo que nos dice Ley Cero de la Termodinámica. Así mismo observamos detalladamente el funcionamiento de tres termómetros que como sabemos son la herramienta con la cual se mide esta propiedad física, los termómetros que ocupamos fueron el de bulbo con mercurio, el termopar y el bimetálico, estos termómetros, termómetros, como pudimos ver son distintos entre sí, ya que tienen escalas y medios de función distintos. Así
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de esto modo pudimos cumplir con el último de los tres objetivos de esta práctica que fue determinar la rapidez de respuesta, facilidad de lectura y el rango. comprobamos la temperatura a la cual el agua llega a su punto de ebullición en la Ciudad de México, el cual está entre los 94 °C. Asimismo me di cuenta de que los distintos termómetros arrojan valores distintos dependiendo de la precisión de estos y del principio con el que funcione. al realizar el experimento comprobamos la gráfica del calentamiento del agua. A base de tres termómetros distintos medimos la temperatura de esta hasta llegar a su punto de punto de ebullición, obtuvimos datos algo elevados. Al observa el proceso del calentamiento del agua me di cuenta del comportamiento de la misma y de cómo la temperatura juega un papel muy importante en el comportamiento de las partículas, además de que ella indica la fase en la que se encuentra la misma , además de aprender de de que la temperatura no es algo algo tan simple y la misma misma indica la energía cinetica que posee la materia. Por lo tanto pude deducir que toda la materia existente tiene temperatura y que es un propiedad intrínseca de la misma. : Durante esta práctica la mayor experiencia que se tuvo fue con los termómetros y el calentamiento del agua, en lo particular me percaté de que unos termómetros nos pueden facilitar el trabajo en cuanto a registrar nuestras mediciones para ciertos experimentos, mientras que el uso inadecuado de un termómetro o la mala elección a la hora de experimentar puede ocasionar dificultades en el registro de la información sin embargo haber recurrido a los 3 termómetros en esta práctica me dio un criterio sobre cual es mejor en que trabajo o cual es más cómodo para mí. Vi desarrollados los objetivos satisfactoriamente.
1. Defina: equilibrio, equilibrio térmico y equilibrio termodinámico. : Estado de un cuerpo sometido a una serie de fuerzas que se contrarrestan entre sí : Es el estado en el que se igualan las temperaturas de dos cuerpos que inicialmente tenían diferentes temperaturas. Al igualarse las temperaturas se suspende el flujo de calor, calor, y el sistema formados por esos cuerpos llega a su equilibrio térmico. : Se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está sometido a unas determinadas de terminadas condiciones de contorno. 2. ¿Qué dice la ley cero de la Termodinámica?
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El concepto de equilibrio térmico es la base de la llamada Ley Cero de la Termodinámica. Esta ley proposición fue enunciada por R. H. Fowler en 1931. La ley cero de la termodinámica se enuncia diciendo: La experiencia indica que si dos sistemas A y B se encuentran, cada uno por separado, en equilibrio térmico con un tercer sistema, que llamaremos C, entonces A y B se encuentran en equilibrio térmico entre sí. 3. ¿Cuáles son las escalas de temperatura absoluta y relativa en el sistema internacional y en el sistema inglés? Sistema inglés SI
Absoluta: Rankin, Kelvin; Relativa: Fahrenheit.
Absoluta: están: Kelvin; Relativa: Kelvin. 4. ¿Qué es la temperatura desde el punto de vista de la termodinámica clásica?
La magnitud que indica que tan caliente o frio esta un objeto con respecto a alguna norma. 5. Dibuje un esquema de la curva del calentamiento cale ntamiento del agua y explíquela.
La curva del calentamiento del agua se grafica en temperatura contra tiempo y se va dando de la siguiente manera. Por ejemplo:
Se tiene un recipiente lleno de hielo el cual su temperatura es de 0º C, lo que quiere decir que el agua se encuentra en su fase solida por lo tanto, sus partículas se encuentran fuertemente unidas entre ellas. El hielo mantiene su forma independientemente del recipiente. Si este recipiente se somete a un calentamiento calentamiento constante se podrá podrá observa que que el contenido del recipiente recipiente se va transformando transformando de su fase solida solida a liquida (S L),por lo tanto su temperatura al iniciar este paso comienza a subir paulatinamente. La temperatura del agua seguirá subiendo paulatinamente, pero se mantendrá ahora en su fase liquida por lo tanto sus partículas ya no se encuentran ordenadas.
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El agua al adquirir una temperatura de 100ºC (Al nivel del mar) se encontrara en la parte o en el cambio de fase de líquido a vapor (L V) manteniéndose aun temperatura constante. Al pasar los 100ºC el agua cambia su fase de liquida a vapor, por lo tanto se mantendrá en ese fase , y se dirá entonces que sus partículas ahora se encuentran dispersas y con gran agitación.
6. ¿Cuáles fueron los puntos de referencia para determinar las escalas empíricas de la temperatura? Primero antes que nada las escalas empíricas de la temperatura son grados centígrados (ºC) y grados Fahrenheit (ºF). Grados centígrados (ºC). La escala centígrada uso como puntos de referencia el punto de congelación del agua como el “0” de su escala y el punto de ebullición de la misma como su máximo que es “100”(esto a nivel del mar).Por lo que se puede decir que la escala esta dividida en 100 partes iguales y que va del 0º al 100º. Grados Fahrenheit. Los puntos de referencia de la para para la escala farenheit se tomaron en cuenta a partir de la temperatura del cuerpo humano y esta a su vez se definio de procesos empíricos como 32º C por lo que se puede decir que la escala farenheit esta referenciada a la escala centígrada, la escala farenheit consta de 180 divisiones que según esto eran los grados que recorria el sol desde el amanecer hasta el anochecer. Por lo tanto si se hacen los cálculos correspondientes se da a los 32ºC como el “0” de la escala farenheit. Y los 212ºF serian los 100ºC . 7. Mencione cinco propiedades de las sustancias que se utilizan para medir la temperatura. La densidad, la solubilidad, la presión de vapor, el volumen de un líquido y la presión de un gas que se conserve a volumen constante, o bien el volumen de un gas que se conserva a presión constante. 8.
Explique el principio de funcionamiento de los termómetros siguientes: de bulbo con mercurio, termopar, bimetálico, pirómetro de radiación, de gas a volumen constante y de gas a presión constante.
El principio de operación es con base a la expansión volumétrica, donde el mercurio se eleva en el tubo capilar proporcionalmente a la temperatura aplicada.
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Su funcionamiento está basado en el efecto descubierto por Seebeck, en un circuito cerrado hecho por alambres de metales diferentes, se permite que fluya una corriente eléctrica si la temperatura de una unión es elevada en función de la temperatura de la otra unión. Construido con dos tiras de metales diferentes y unidos a lo largo. Su principio de funcionamiento es debido a que los materiales tienen diferentes coeficientes de expansión, al aplicarles calor se expanden en magnitudes y velocidades diferentes, la bobina helicoidal está construida de tal manera que al aumentar la temperatura tienda a desenrollarse, este movimiento hace que eje en el cual está montada dicha bobina, gire arrastrando un puntero que se desplaza frente a una escala graduada en unidades de temperatura. Su principio de funcionamiento se basa en los conceptos de cuerpo negro. Se mide el calor radiante emitido o reflejado por un objeto caliente. El gas dentro del tubo capilar, con el cambio de temperatura la presión en el sistema se transforma al valor de la temperatura de la curva de la relación vaporpresión.
9. Investigue el punto de fusión y de ebullición del agua a nivel del mar y a nivel del municipio de Ecatepec. Al nivel del mar con una presión de 760 mmHg = 1 atm = 101325 Pa la temperatura de ebullición es de 100 °C y su punto de fusión es de 0 °C a nivel del mar. 10. ¿Qué es el cero absoluto de temperatura? El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía interna del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento;1 no obstante, según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg. El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine.
http://www.biblioteca.upibi.ipn.mx/A http://www.biblioteca.upibi.ipn.mx/Archivos/Material%20Didacti rchivos/Material%20Didactico/Apuntes%20para co/Apuntes%20para %20la%20asignatura%20de%20instrumentaci%C3%B3n%20y%20control/cap2.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibr http://es.wikipedia.org /wiki/Equilibrio_termodin%C3%A io_termodin%C3%A1mico 1mico http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibr http://es.wikipedia.org /wiki/Equilibrio_t%C3%A9rmico io_t%C3%A9rmico http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Calor_Equilibrio_termico.html
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Previo Calor 1. Defina calor E s el proceso de transferencia de energía térmica entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. 2. Defina caloría
Se define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua pura, desde 14,5 °C a 15,5 °C, a una presión normal de una atmósfera.
5. Describa el mecanismo de propagación de calor por conducción y convección.
Es el paso de energía entre dos cuerpos en contacto que están a diferente temperatura, sin que exista transporte de materia. Es una forma de transmisión del calor se origina en sólidos, en los cuales la energía térmica (en forma de energía cinética) se propaga por vibración de molécula a molécula.
Cuando calentamos fluido, las zonas calientes son más ligeras que las frías (debido a que se han dilatado y tienen menor densidad); así la materia más caliente asciende mientras que la más fría desciende. 6. Describa el mecanismo de propagación de calor por radiación. La radiación es la propagación de energía a través del espacio vacío, sin requerir presencia de materia.
9.- ¿Por qué se presenta la convección en los fluidos? La transferencia térmica convectiva consiste en el contacto del fluido con una temperatura inicial con otro elemento o material con una temperatura diferente, en función de la variación de las temperaturas van a variar las cargas energéticas moleculares del fluido y los elementos interactuantes del sistema realizarán un trabajo, donde el que tiene mayor energía o temperatura se la cederá al que tiene menos temperatura. Esta transferencia térmica se realizará hasta que los dos tengan igual temperatura, mientras se realiza el proceso las moléculas con
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menor densidad tenderán a subir y las de mayor densidad bajarán de nivel. Las moléculas que se encuentran en las capas inferiores aumentan su temperatura. 10.- ¿Por qué no es conveniente hablar de la cantidad de calor contenido en un cuerpo? Porque se puede decir que los cuerpos contienen energía, pero no calor, porque el calor es un fenómeno transferible, no una característica.
http://www.librosvivos.net/smtc/PagPorFor http://www.librosvivos.net/smtc/PagPorFormulario.asp?TemaClave=1062 mulario.asp?TemaClave=1062&est=4 &est=4
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