LABORATORIO DE FSICA II

LABORATORIO DE FSICA II

CALOR ABSORBIDODISIPADO Y CONVECCION INTEGRANTES: Chacon Robles Jhony 14190197 Chipana Poccorpach Lenin 14190033 Flores Fernandez Maria Fernanda 14070132 Jimenez Asencio Ximena Alejandra 14070138 Sulca Poma Junior David 13130060 PROFESOR: Miguel Castillo CURSO:Laboratorio de Fsica II AO: 2015FIEE-CRTV

I. OBJETIVO Investigar el comportamiento de la energa trmica absorbida/disipada por una sustancia lquida. Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido/disipado para diferentes proporciones del lquido. Investigar cmo se transporta el calor en los lquidos

II. EQUIPOS Y MATERIALESCalor absorbido - disipado Equipo de calentamiento (machero bunsen) Soporte Universal 1 clamp 1 termmetro 1 Agitador 1 vaso de precipitado 500 mL 1 vaso de precipitado 200 mL Agua potable Papel toalla 1 vaso de espuma de poliuretano de 200 g(8 onzas) aproximadamente. Cronmetro Cubos de hielo (25 g aproximadamente) Papel milimetrado

Conveccin Equipo de calentamiento (machero bunsen) Soporte Universal 1 clamp 1 termmetro 1 pinza universal 1 vaso de precipitado 200 ml 1 cuchara de mango Permanganato de potasio Espiral de papel preparado

III. FUNDAMENTO TERICOLa energa trmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variacin de temperatura.Esto es:Q m (T T0)Q = mc (T- T0 )Donde, c = calor especificoT0 = Temperatura inicial de referenciaT: Temperatura FinalEl suministro de energa trmica por unidad de tiempo a un cuerpo, corresponde a que este recibe un flujo calorfico H. Si el flujo es constante,H = = cteSe tiene: = mc = H, luego dT = dtIntegrando e iterando se tiene:=

T = t + T0

La ecuacin (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una funcin lineal, donde H/mc representa la pendiente t T0 la temperatura inicial.

Si el cuerpo se encuentra en un sistema adiabtico, el trabajo de dilatacin se realiza a expensas de la energa interna.Sin embargo, la variacin de la energa en el interior del cuerpo en un proceso no coinciden con el trabajo realizado; la energa adquirida de esta manera se denomina cantidad de calor, es positivo cuando absorbe calor y negativo cuando disipa calor.

CONVECCINLaconveccines una de las tres formas detransferencia de calory se caracteriza porque se produce por intermedio de unfluido(lquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentestemperaturas. Laconveccinse produce nicamente por medio de materialesfluidos. Lo que se llama conveccinen s, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que est en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que est en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejo la caliente.La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscpicos de porciones calientes y fras de ungaso unlquido. Se incluye tambin el intercambio deenergaentre una superficiesliday un fluido o por medio de unabomba, unventiladoru otro dispositivo mecnico (conveccin mecnica, forzada o asistida).En la transferencia de calor libre o natural un fluido es ms caliente o ms fro y en contacto con una superficie slida, causa una circulacin debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.La transferencia decalorpor conveccin se expresa con la Ley del Enfriamiento deNewton:

Dondees elcoeficiente de conveccin(coeficiente de pelcula),es elreadel cuerpo en contacto con el fluido,es la temperatura en la superficie del cuerpo yes latemperaturadel fluido lejos del cuerpo.

IV. PROCEDIMIENTOMontaje 1 Calor absorbido/disipado1. Montamos el equipo como se muestra.

2. Colocamos 400 g de agua en el vaso pirex a temperatura del ambiente, casi hasta la parte superior.

3. Anotamos el valor de la temperatura y el volumen del agua.

4. Encendimos el mechero. Buscamos un flujo aproximadamente constante. La llama no debe estaba muy fuerte ni estuvo muy cerca del vaso.

5. Medimos la distancia entre la llama y el vaso. Tuvimos que mantener esta distancia todo el experimento para que no varen las condiciones experimentales. 6. Agitamos el agua previamente para leer la temperatura cada 30 segundos hasta llegar al punto de ebullicin. Anotamos los datos en la Tabla 1TABLA 1

Temperatura inicial = 24 C

t (min)T(C)t (min)T(C)t (min)T(C)t (min)T(C)

0.5266.55212.57418.586

1.0287.05413.07519.087

1.5317.55613.57719.588

2.0338.05814.07820.088.5

2.5358.56114.57920.589

3.0389.06215.08021.089.5

3.5409.56415.58121.590

4.04310.06616.081.522.090.5

4.54510.56716.58222.591

5.04611.06917.08323.092

5.54811.57117.58423.593.5

6.05012.072.518.08524.094

7. Repetimos los pasos 1 y 5 bajo las mismas condiciones anteriores; ahora usando la mitad de la cantidad de agua anterior. Anotamos los datos en la Tabla N2.TABLA 2

Temperatura inicial = 30 C

t (min)T(C)t (min)T(C)t (min)T(C)

0.5343.5636.583

1.0384.0677.086

1.5424.569.57.589

2.0485.0738.092.5

2.5535.5768.596

3.0586.0809.099

8. Graficamos la variacin de temperatura T versus el tiempo t, para los 2 casos anteriores. Grfica de la tabla 1

Grfica de la tabla 2

9. Determinamos la ecuacin de la grfica por el mtodo de mnimos cuadrados, considerando la temperatura hasta 75C.

Para la tabla 1: p = 26

Para la tabla 2: p = 11

De los dos grficos Cmo identificaramos el lquido que tiene mayor masa?Para poder identificar cual grfica pertenece a un liquido de mayor masa tomamos un valor de tiempo; comparamos los valores de tiempo correspondientes a cada temperatura, aqul que presente una temperatura mayor presentar menor masa, por lo tanto, el que presente menor temperatura ser la grfica para la mayor masa. En la grfica ser aquella que tenga la pendiente menor.Determinamos la cantidad de calor absorbido para cada caso

Donde: m: Masa del agua: Calor especfico del agua (1 cal/g C): Temperatura final del agua: Temperatura inicial del aguaPara la tabla 1:

Para la tabla 2:

10. Echamos esa agua caliente en la probeta graduada hasta 200ml. Luego echamos en el vaso de espuma de poliuretano. Colocamos un termmetro en el vaso de espuma y tomamos la temperatura cada 10 segundos durante 4 minutos. Anotamos los datos en la Tabla 3.TABLA 3

t (s)T(C)t (s)T(C)t (s)T(C)t (s)T(C)

109170871308419080.5

20918086.514083.520080

309090861508321079

4089.510085.516082.522078.5

5089110851708223078

608812084.518081.524077.5

10. Secamos un cubo de hielo con una toalla de papel e introducimos en el agua.

11. Continuamos tomando la temperatura cada 10s, hasta 4 minutos despus que el cubo de hielo se fundi. Anotamos los datos en la Tabla 4.TABLA 4t (s)T(C)t (s)T(C)t (s)T(C)t (s)T(C)

106970671306619064.5

20698066.51406620064

3068.59066.515065.521064

4068100661606522063.5

5068110661706523063.5

6067.51206618064.524063.5

Determine el volumen final del agua. Qu masa tena el agua originalmente? Qu masa tena el hielo originalmente? Explique cmo determin estas masas:Se obtuvo el primero del volumen final y la del hielo haciendo derretir un cubo de hielo parecido al usado y ponindolo en la pipeta para ver su volumen con esto hallado se pudo obtener su masa por medio de la densidad

Calculamos la cantidad total de calor perdida por el agua mientras el cubo de hielo se funda.

Hacemos la grfica de T vs t.

Montaje 2 Conveccin (Agua)1. En el vaso de precipitados echamos alrededor de 200ml de agua.

2. Por el borde del vaso de precipitados dejamos caer en el agua algunos cristales de Permanganato de potasio.

3. Con la llama baja colocamos el mechero debajo del borde inferior del vaso de precipitados.

4. Mientras se calentaba, observamos atentamente el agua coloreada.

Fue subiendo a la superficie del agua en forma de un espiral, esto es debido a que el Permanganato de potasio combinado con el agua modela el movimiento del liquido que es producido por la transferencia de calor por conveccin, donde las capas inferiores que estn ms 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 estn fras, se mueven hacia abajo.Montaje 3 Conveccin (Aire)1. Desglose la hoja con las figuras de espirales y recorte cuidadosamente.2. Haga un nudo en el sedal y pselo 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.5. Observe atentamente el fenmeno. Anote sus impresionesCuando la espiral es colocada sobre el mechero, el aire que est cerca del fuego recibe calor, por consiguiente, el volumen de esta capa de aire aumenta y por eso su densidad disminuir, haciendo que se desplace hacia arriba por la espiral para que sea reemplazado por aire menos caliente y ms denso que viene de la regin superior, este proceso continua con una circulacin de masas de aire ms caliente hacia arriba y de masas de aire frio hacia abajo este aire en movimiento mover la espiral haciendo que entre en rotacin.Si la espiral estuviera confeccionada del otro sentido, el giro seria el mismo? Por qu?No porque el aire que es empujado hacia la espiral girara en el sentido que est confeccionada la espiral como una tuerca.6. Seale tres ejemplos en los que observe este fenmeno.A) Cuando una sustancia es forzada a moverse por un ventilador o una bomba, como en algunos sistemas de calefaccin de aire.B) Circulacin de aire en una playa es un modo de conveccin natural.C) La mezcla que se presenta cuando el agua de la superficie de un lago se enfra y se hunde.

V. EVALUACIN1. Si en el paso 9 en lugar de agua utiliza otro lquido de mayor calor especfico, pero de igual masa, Cmo sera el grafico? trcelo y descrbalo.Se observa una relacin inversa entre el calor especifico de una sustancia con la pendiente de la recta .Como en nuestro caso la masa se mantiene constante y el calor especifico es mayor , en consecuencia la pendiente de la recta disminuye su valor .Grficamente seria de la siguiente manera:

T(C) vs t (s)

2. Por qu en el ajuste de la grfica no se considera el intervalo de 75C a 100C? Es que ah se podra decir que comienza a dar un cambio de estado de manera mnima y ya no tiene el mismo comportamiento.3. Determine el flujo calorfico en cada caso. Fsicamente, a quin se debe dicho valor?

4. Indique el tiempo que demoro en recorrer el intervalo 80C y 85C.Revise el caso registrado entre 50C y 55C.Para la tabla 1:Para el intervalo (80-85) es: 1 minuto 30 segundos aprox.Para la tabla 2: Para el intervalo (80-85) es: 30 segundos aprox.5. Qu relacin existe entre las pendientes de las diferentes grficas y la cantidad de calor absorbida para los diferentes casos?

Se trata de trabajar con las mismas condiciones, para notar la diferencia que hay cuando se trabaja con un volumen de agua, para luego trabar con la mitad de ese volumen.

6. Investigue y explique sobre la convencin forzada, de ejemplos de aplicacin

La conveccin forzada tiene lugar cuando una fuerza motriz exterior mueve unfluido sobre una superficie que se encuentra a una temperatura mayor o menor que la del fluido. "esta fuerza motriz exterior puede ser un ventilador, una bomba, el viento, etc. Como la velocidad del fluido en laconveccin forzada es mayor que en laconveccin natural se transfiere por lo tanto unamayor cantidad de calor para unadeterminada temperatura

7. Los motores automotrices no pueden refrigerarse por si solos, Qu sistemas usan y que principio de propagacin usan para disipar la energa calorfica?Existen diferentes denominaciones que hacen referencia al sistema principal aunque en realidad en todo motor participan, en diferente medida, varios sistemas simultneamente. Estos seran los principales:Por agua (portermosifno por circulacin forzada), por aire (el de la marcha o forzado con ventilador), mixta y por aceite.

8. En las minas subterrneas se presenta el problema de la circulacin de aire. Investigue que sistemas usan y con qu principio fsico se desarrollan.

Ventilacin de minas La ventilacin en una mina subterrnea es el proceso mediante el cual se hace circularpor el interior de la misma el airenecesario para asegurar unaatmsferarespirable y segura para el desarrollo de los trabajos. La ventilacin se realiza estableciendo un circuitopara la circulacin del aire a travs de todas laslabores. Para elloes indispensable que laminatenga dos labores de acceso independientes dospozos dos socavones! un pozo y un socavn! etc."n las labores que slotienen un acceso por ejemplo una galera enavance es necesario ventilar con ayuda de una tubera. Latubera se coloca entre laentrada a la labor y el final de la labor. "esta ventilacin se conoce como secundaria! en oposicin a la que recorre toda lamina que se conoce comoprincipal9. Se sabe que el Sol est constituido por diversos gases, investigue usted cmo ocurre el transporte de energa a travs de l.

El transporte de energa se realiza por conveccin, de modo que el calor se transporta de manera no homognea y turbulenta por el propio fluido en la zona conectiva. Los fluidos en esta zona se dilatan al ser calentados y disminuyen su densidad, por ende, se forman corrientes ascendentes de material de la zona caliente cercana a la zona de radiacin hasta la zona superior y simultneamente se producen movimientos descendentes de material desde las zonas exteriores fras.

VI. CONCLUSIONES De esta experiencia concluimos que los fluidos se desplazan de zonas calientes a zonas con menor temperatura, esto se comprob observando el desplazamiento del permanganato. En general a mayor masa mayor es el tiempo en calentar el agua. El calor absorbido por un cuerpo depende de la masa del cuerpo y el tiempo que se le suministra un flujo calrico. Para un cuerpo de mayor masa demora ms en cambiar su temperatura que para uno de menor masa. La rapidez de enfriamiento del agua aumenta al agregarle un cubito de hielo ya que al estar a diferente temperatura luego de un tiempo el sistema llegara una nueva temperatura de equilibrio que para el acaso del agua ser menor que su temperatura inicial. El agua al calentarse las molculas que estn en el fondo sube y se colocan en la superficie desplazando al agua en la superficie que se encuentra a menor temperatura. El fenmeno de conveccin permite explicar muchos de los cambios que ocurren en nuestro alrededor.

VII. RECOMENDACIONES

Tener cuidado al realizar el laboratorio para prevenir lesiones o daar alguno de los instrumentos empleados. Tener una buena posicin para medir la temperatura Tener cuidado al momento de sacar el agua hervida

VIII. BIBLIOGRAFA http://www.monografias.com/trabajos93/practica-densidad/practica-densidad.shtml http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_mecanica/densidades_udesa1.pdf http://www.cienciaredcreativa.org/guias/densidad.pdf http://aleph.eii.us.es/palmero/docencia/arquimedes.pdf http://books.google.com.pe/books?id=1KuuQxORd4QC&printsec=frontcover&hl=es#v=onepage&q&f=false.

IX. ANEXOS

PANELES REFLECTANTES

Hace unos das leamos en lapgina de la OCUun consejo paraahorrar energa encalefaccinque puede dar lugar a bastante controversia, se trata deinstalar paneles reflectantes en los radiadores, segn la OCU se consigue un ahorro de energa de entre un 10% y un 20%.Esto es lo que dice sobre su funcionamiento la organizacin de consumidores: El calor rebota en su superficie evitando que se difunda a la pared y lo concentra sobre el radiador que tiene delante. Como no todo lo que brilla es oro, vamos a ver que peros puede tener este sistema.

RADIACION Y CONDUCCIONAntes de seguir leyendo, si no tienes claro ladiferencia entre radiacin y conveccinte recomendamos echar un vistazo al post Radiacin, conduccin y conveccin, tres formas de transferencia de calor.Los radiadores de calefaccin (de agua) emiten energa trmica por dos fenmenos, radiacin y conveccin, pero por las temperaturas superficiales que alcanzan (alrededor de 70C),la mayor parte de la energa se transmite por conveccin (80% aproximadamente).

Los paneles reflectantes se supone que hacen que rebote el calor, pero solo el que se emite por radiacin, ya que el disipado por conveccin sube casi verticalmente junto con la masa de aire. Por lo tantola parte que en teora podra rebotar (radiacin) es minoritaria, lo que empieza a hacer poco creble ese ahorro del 10%-20%.

INFORME N8 CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCINPGINA 2