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INFORME INFORME DE LABOR LABORATORIO ATORIO N ….
Nombre del Curso: Título: Nota:
Autores: Realizado :....../......./.......... Mesa ...............................
1. Observaciones:
. . . 2.
Conclusiones.
. . . . . . . . 3. Recomendaciones. Recomendaciones.
. . . . . .
SEA Termología / Cambio de volumen
Código:
SEA Termología / Cambio de volumen Guía del alumno
K102 Calibración de un termómetro
Ejercicio •
Realizar una escala Celsius para un termómetro.
Fundamentos La escala Celsius fue introducida en 1742 por Anders Celsius. Ésta se define de tal forma que 0 °C corresponde a la temperatura de fusión del hielo y 100°C a la temperatura del agua hirviendo, con presión atmosférica normal. La distancia entre esos dos puntos se divide en cien partes iguales. A cada división se le llama ‘Grado’.
Aparatos del SEA de Termología (U8502000)
1 Varilla soporte con roscas externa e interna 1 Nuez doble 1 Matraz Erlenmeyer 1 Vaso de precipitados 1 Recipiente capilar con llenado de alcohol rojo 1 Termómetro 1 Tubo de ensayos 1 Agitador 2 Anillos en O 1 Quemador de alcohol Se requiere adicionalmente
1 Placa base SEA (U8408035) Agua Cubos de hielo 1 Hoja de papel
Montaje y realización 1) Inserta los dos anillos en O en el recipiente capilar con llenado de alcohol. 2) Llena de agua el vaso de precipitados y remuévelo con el agitador para obtener agua helada de hielo. 3) Introduce el recipiente capilar con llenado de alcohol en el agua con hielo y sostenlo así que no toque el fondo del vaso (observa la Fig. 1) 4) Observa el llenado de alcohol hasta que su altura no siga cambiando. Marca esa altura con un anillo en O.
Fig. 1
1
Recipiente capilar en agua de hielo
Termología / K102
Guía del alumno
SEA
5) Atornilla la varilla soporte con roscas externa e interna en la segunda rosca de la placa base. 6) Monta el soporte de tubos de ensayo en la nuez doble (observa la Fig. 2). 7) Llena 50 ml de agua en el matraz Erlenmeyer y sujétalo en el soporte de tubos de ensayo. 8) Coloca el quemador de alcohol sobre la placa base y desplaza la nuez doble así de que el matraz quede a unos 3 cm por encima del quemador de alcohol. 9) Enciende el quemador de alcohol y calienta el agua hasta que empiece a hervir. 10) Retira el recipiente capilar con llenado de alcohol del vaso de precipitados y sumérgelo en el agua hirviendo del matraz. 11) Sostén el recipiente capilar con llenado de alcohol así que no toque el fondo del matraz.
Fig. 2
Recipiente capilar en agua hirviendo
12) Observa la dilatación del llenado de alcohol hasta que no cambia y marca esa posición con el anillo en O superior. °C
13) Apaga la llama colocando la tapa. 14) Coloca el recipiente capilar con llenado de alcohol rojo sobre la hoja de papel y marca en el papel las posiciones de los anillos en O. Denomina la posición del anillo en O para el agua de de hielo como 0°C y la posición del agua hirviendo como 100°C (observa la Fig. 3).
100 90 80 70 60 50
15) Divide la distancia entre las dos marcas en 10 partes iguales y asígnale a cada una la indicación de temperatura para que dé por resultado una escala.
40 30 20 10
16) Amplía la escala con indicaciones para temperaturas de -10°C y + 110°C.
0
17) Sumerge el recipiente capilar con llenado de alcohol en el agua tibia en el matraz y marca con un anillo en O la posición del extremo del llenado de alcohol.
Fig. 3
Divisiones de la escala
Evaluación
18) Por medio de tu escala determina el valor de la temperatura.
1) Nombra algunas deviaciones.
19) Sumerge el termómetro en el agua tibia y contrasta tu valor de temperatura.
causas
para
posibles
Errores en la determinación de los puntos fijos p.ej. por la fijación muy acelerada del punto de fusión, por no haber agitado suficientemente el agua, o debido a la presión atmosférica no se logre llegar a los 100° C. 2)
¿ Porqué se enfría el agua?
Le entrega calor al medio ambiente por ello la temperatura disminuye. 2
SEA Termología / Cambio de volumen Guía del alumno
K105 Cambio de longitud de cuerpos sólidos por calentamiento
Ejercicio •
Estudia el cambio de longitud de tubos metálicos por calentamiento y determina el coeficiente de dilatación lineal α. 3) Fija la segunda nuez doble a una altura de unos 20 cm y de ella soporte de tubos de ensayo.
Fundamentos
4) Inserta el tubo metálico corto en un orificio del tapón de goma y en el otro orificio el termómetro.
El coeficiente de dilatación lineal α de una sustancia indica la variación de la longitud Δ s de un cuerpo de longitud s0 de esa sustancia por cambio 1 Δ s de temperatura Δϑ: α = ⋅ .
5) Une un extremo de la manguera con el tubo metálico corto y el otro extremo con al tubo de aluminio.
s 0 Δϑ
Aparatos
6) Llena 50 ml de agua en el matraz Erlenmeyer y fíjalo en el soporte para tubos de ensayo.
del SEA de Termología (U8502000)
7) Tapa el matraz Erlenmeyer con el tubo de goma dotado del tubo metálico corto y el termómetro.
1 Varilla soporte con roscas externa e interna 2 Nueces dobles 1 Matraz Erlenmeyer 1 Soporte de tubos de ensayo 1 Vaso de precipitados 1 Termómetro 1 Tapón de goma con 2 orificios 1 Tubo metálico corto 1 Manguera 1 Quemador de alcohol 1 Tubo de aluminio 1 Tubo de latón 1 Tubo de acero 1 Escala angular 1 Índice
8) Desplaza el termómetro en su altura de tal forma que su punta quede inmersa en el agua del matraz Erlenmeyer pero si tocar el fondo. 9) Coloca perpendicularmente la escala angular sobre la placa base y ajusta el índice en la marca “0”. 10) Desplaza en la altura la nuez doble inferior que lleva el tubo de aluminio, para que éste último pueda rodar sobre el índice (observa la Fig. 1). 11) Coloca el vaso de precipitados por debajo del extremo del tubo, para recoger el agua que salga.
Se requiere adicionalmente
1 Placa base SEA (U8408035) 1 Cinta métrica (U10073) Agua
Montaje Observación: ¡Ten cuidado de que los tubos
metálicos utilizados no estén obstruidos, de lo contrario existe el riesgo de una explosión! 1) Atornilla la varilla soporte con roscas externa e interna en la primera rosca de la placa base (observa la Fig. 1).
l0 0
2) Fija una nuez doble en la varilla soporte a una altura de unos 10 cm y de ella el tubo de aluminio, así que 2 cm de éste sobresalgan hacia la izquierda de la nuez.
60 30 0
Fig. 1 1
Termología / K105
Guía del alumno
SEA
Realización 1) Coloca el quemador de alcohol por debajo del matraz Erlenmeyer. 2) Desplaza la nuez doble superior en su altura, de tal forma que la distancia entre el fondo del matraz Erlenmeyer y el quemador de alcohol sea aprox. de 2 a 3 cm. 3) Determina la temperatura ambiental y anota el valor como ϑ0 en la tabla 1. 4)
Determina la distancia entre el tornillo de apriete de la nuez doble inferior y el punto de descanso del índice y anota el valor como “longitud del tubo” s0 en la tabla 1.
5)
Enciende el quemador de alcohol y calienta el agua hasta que ebulla y hasta que la desviación del índice no cambie debido a la salida de vapor de agua través del tubo.
6)
Lee la temperatura y anota el valor en la tabla 1 como a ϑ1.
7) Lee la desviación del índice en grados y anota el valor en la tabla 1. 8) Apaga la llama del quemador de alcohol y espera hasta que el matraz Erlenmeyer se haya enfriado. 9) Determina la diferencia de temperatura Δϑ y anota el valor en la tabla 1. 10) Calcula la diferencia de longitud Δ s y anota el valor en la tabla 1. 11) Calcula el coeficiente de dilatación lineal α y anota el valor en la tabla 2. 12) Compara a continuación el valor calculado con el valor bibliográfico. 13) Repite las mediciones con los tubos de latón la tón y de acero.
Evaluación Para la variación de la longitud Δ s se tiene: Δ s =
d ⋅ π
180°
⋅β
β: Desviación del índice en grados, d : Espesor del alambre del índice
Tabla 1: d = = 1 mm s0 en mm
ϑ0 en °C
ϑ1 en °C
β en °
Δϑ en °C
Δs en mm
Tubo de aluminio
280
23
94
27
71
0,47
Tubo de latón
280
23
94
21
71
0,37
Tubo de acero
280
23
94
15
71
0,27
Tabla 2: Coeficiente de dilatación lineal α calculado
Valor bibliográfico
Tubo de aluminio
24 ⋅ 10-6 ⋅ K-1
24 ⋅ 10-6 ⋅ K-1
Tubo de latón
19 ⋅ 10-6 ⋅ K-1
18 ⋅ 10-6 ⋅ K-1
Tubo de acero
14 ⋅ 10-6 ⋅ K-1
13 ⋅ 10-6 ⋅ K-1
Los valores calculados concuerdan con los valores bibliográficos, dentro del marco de la exactitud de medición. 2
SEA Termología / Calor Guía del alumno
K302 Temperatura de una mezcla Ejercicio •
Mezcla dos masas de agua iguales de temperaturas diferentes y determina la temperatura de la mezcla.
Fundamentos La temperatura de una mezcla temperaturas diferentes.
ϑm es
la temperatura que se ajusta cuando se juntan dos cuerpos de
Aparatos
1)
Llena 50 ml de agua en la probeta graduada, mide la temperatura del agua ϑ1, anota el valor en la tabla.
2)
Extrae el vaso metálico del calorímetro, coloca en el calorímetro el vaso de precipitados y en este último el agitador y el termómetro (observa la Fig. 1).
3)
Atornilla la varilla con roscas externa e interna en la placa base (observa l Fig. 1).
4)
Fija la nuez doble a una altura de unos 20 cm y de ella el soporte de tubos de ensayos.
5)
Llena 50 ml de agua en el matraz Erlenmeyer, fíjalo en el soporte de tubos de ensayos y coloca en él el segundo termómetro.
6)
Coloca el quemador de alcohol sobre la placa base y desplaza la nuez doble así que el matraz Erlenmeyer quede a unos 3 cm por encima del quemador de alcohol (observa la Fig. 1).
7)
Enciende el quemador de alcohol y calienta el agua en el matraz Erlenmeyer hasta 60°C.
8)
Apaga la llama del quemador de alcohol reduciendo la mecha y colocando la tapa sobre ella.
9)
Lee después de 1 minuto la temperatura ϑ2 del agua calentada y anota el valor en la tabla.
del SEA de Termología (U8502000) 1 Varilla soporte con roscas externa e interna 1 Nuez doble 1 Quemador de alcohol 1 Soporte de tubo de ensayos 1 Matraz Erlenmeyer 2 Termómetros 1 Agitador 1 Calorímetro 1 Probeta graduada 1 Vaso de precipitados Se requiere adicionalmente 1 Placa base SEA (U8408035) Agua
Montaje y realización
10) Vierte en el vaso de precipitados del calorímetro al mismo tiempo el agua en la probeta graduada y en el matraz Erlenmeyer y agita bien la mezcla. 11) Lee la temperatura de la mezcla valor en la tabla.
Fig. 1
1
ϑm y
anota el
Termología / K302
Guía del alumno
Evaluación adicional:
Evaluación m = 50 ml; c = 4,186
1)
J g ⋅K
Tabla: Temperatura ϑ1 del agua fría en °C
Temperatura ϑ2 del agua caliente en °C
Temperatura de la mezcla ϑm en °C
18
54
34
2)
3)
Q2 = m2 ⋅ c 2 ⋅ (ϑ 2 − ϑm ) : Q1 = Q2 . De ello se deduce
por
Compara la temperatura de la mezcla calculada ϑ’m con el valor determinado en el experimento ϑm. Justifica algunas desviaciones posibles.
Calcula el calor entregado al medio ambiente medio de la fórmula: Q 3 por Q 3 = m ⋅ c ⋅ ( ϑ ' m - ϑm ) .
que: m1 ⋅ c 1 ⋅ ( ϑ m − ϑ1 ) = m2 ⋅ c 2 ⋅ (ϑ2 − ϑm ) . En nuestro experimento son: m1 = m2 y c 1 = c 2. Por lo tanto se tiene para la temperatura de la mezcla: ϑ1 + ϑ2 . ϑm = 2
Se tiene: 4)
Compara con el valor determinado en el experimento Q2 − Q1 .
El valor calculado concuerda con el valor determinado en el experimento.
Completa: El agua caliente entrega el calor Q 2 = m ⋅ c ⋅ (ϑ2 − ϑm ) = . El agua fría absorbe el calor Q1 = m ⋅ c ⋅ ( ϑm − ϑ1) = . 3)
ϑ’m
El valor calculado ϑ ' 'm para la temperatura de la mezcla es mayor que el valor determinado en el experimento ϑ m , porque se ha entregado calor al medio ambiente.
En el intercambio de calor entre el agua fría y el agua caliente se tiene para el calor absorbido Q1 = m1 ⋅ c 1 ⋅ ( ϑ m − ϑ1) y para el calor entregado
2)
Calcula la temperatura de la mezcla ϑ1 + ϑ2 medio de la fórmula: ϑ ' m = 2
Se tiene:.
Observacón previa:
1)
SEA
La diferencia Q 2 − Q1 = 837 corresponde al calor absorbido por el medio, es decir, por por el vaso de precipitados, el termómetro, el agitador, el aire.
2
SEA Termología / Calor Guía del alumno
K304 Capacidad calorífica específica de metales Ejercicio •
Determina las capacidades caloríficas c de dos cuerpos sólidos metálicos, de acero y de plomo. Erlenmeyer quede a unos 3 cm por encima del quemador de alcohol (observa la Fig. 1).
Aparatos del SEA de Termología (U8502000)
10) Enciende el quemador de alcohol y calienta el agua hasta que hierve.
1 Varilla soporte con roscas externa e interna 2 Nueces dobles 1 Quemador de alcohol 1 Soporte de tubos de ensayos 1 Matraz Erlenmeyer 2 Termómetros 1 Calorímetro 1 Cuerpo de acero y 1 cuerpo de plomo 1 Tubo de acero
11) Apaga la llama del quemador de alcohol reduciendo la mecha y colocando la tapa sobre ella. 12) Mide después de unos 3 minutos la temperatura ϑ2 del agua caliente y anota el valor en la tabla 1 como la temperatura el cuerpo de acero.
Se requiere adicionalmente 1 Placa base SEA (U8408035) Agua
13) Saca del agua el cuerpo de acero, sacude el agua adherida en él y sumérgelo en el vado metálico en el calorímetro.
Montaje y realización
14) Cierra la tapa del calorímetro y agitando constantemente determina la temperatura de la mezcla ϑm y anota el valor en la tabla 1.
1)
Vierte 50 ml de agua en el vaso metálico del calorímetro y coloca la tapa encima.
2)
Inserta un termómetro en el tapón de goma de la tapa del calorímetro calorímetro de tal forma que la punta del mismo quede sumergida en el agua sin tocar el fondo.
3)
Mide la temperatura ϑ1 del agua en el calorímetro y anota el valor en la tabla 1.
4)
Atornilla la varilla soporte con roscas externa e interna en la placa base (observa la Fig. 1).
5)
Fija la nuez doble a una altura de unos 20 cm y de ella el soporte de tubos de ensayos.
6)
Fija la segunda nuez doble arriba en la varilla soporte y de ella el tubo de acero (observa la Fig. 1).
7)
Llena 75 ml de agua en el matraz Erlenmeyer, fíjalo en el soporte de tubos de ensayos y sumerge en él el segundo termómetro.
8)
Pasa el hilo con los cuerpos de acero y plomo por encima del tubo de acero de tal forma que el cuerpo de acero quede sumergido en el agua sin tocar el matraz Erlenmeyer.
9)
Coloca el quemador de alcohol sobre la placa base y desplaza la nuez doble así que el matraz
15) Repite la medición con el cuerpo de plomo, utilizando agua fresca y anota el valor en la tabla 1.
Fig. 1
1
Termología / K304
Guía del alumno
SEA
Evaluación m1 = 50 g; m2= 50 g; c 1 = 4,186
J g ⋅K
Tabla 1: Observación: El agua caliente y el cuerpo sumergido tienen la misma temperatura. Cuerpo de acero ϑ1 en
°C
18,5
ϑ2 en
°C
94,0
Cuerpo de plomo ϑm en
°C
ϑ1 en
25,0
°C
ϑ2
18,5
En caso de que no hayas realizado el experimento K303 trabaja con C Kal = 45
en °C
94,0 J K
ϑm en
°C
20,5
, de lo contrario con C Kal = 44
J K
(observa el K303). Completa: 1)
¿Cómo se expresa el balance energético para el calor entregado por el cuerpo sólido Q2 y el calor absorbido por el agua y por el calorímetro calorímetro Q1? Q2 = Q1 = Se tiene Q1 = Q2, es decir que que se deduce para para la capacidad capacidad calorífica calorífica c2 del del cuerpo sólido: sólido: c 2 =
Cuerpo de acero: 2)
El cuerpo de acero tiene la capacidad calorífica específica c 2:
Cuerpo de plomo: 3)
El cuerpo de plomo tiene la capacidad calorífica específica c 2:
Comparación con valor bibliográfico: 4)
Capacidad calorífica específica c del del acero: 0,47
J J ; capacidad calorífica específica específica c del del plomo: 0,13 . g ⋅K g ⋅K
Los valores de medida son un poco mayores que los valores bibliográficos, es decir, ha sido más calor absorbido que el calor entregado por el cuerpo metálico. Las razones pueden ser que el agua adherida al cuerpo ha entregado calor adicional o que el valor determinado para la capacidad capacidad calorífica calorífica del calorímetro calorímetro sea muy muy alta.
2
