laboratorios fisica
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Termodinamica, Dinamica de fluidosTRANSCRIPT
COLEGIO BRITÁNICO DE CARTAGENA
PRÁCTICA DE LABORATORIO FISICA 11°
Procesos termodinamicos
Por
Martin Collins Valencia
Grado
11
Profesor
Fecha de entrega
Febrero 10 de 2014
Cartagena-Bolívar
2014
Introducción
El conocimiento de la naturaleza en todos sus aspectos nos permite tener un
acercamiento para no ignorar las transformaciones a las cuales esta sometida a
partir de los fenomenos que ocurren en ella, ademas de condicionar los elementos
y los factores habitables en un mundo dinámico. El comportamiento del calor,
como interactua esta forma de energia en toda la materia es el objeto de estudio
de toda esta serie de experiencias que nos permitirá acercarnos a ese conjunto de
definiciones que aplicadas en los labortorios nos recrearan toda una experiencia
que dejara asimilar todo el significado y el dinamismo que aquí se encuentra.
Cada experiencia, comenzando por la definicion de la rama de la fisica que se
encarga de estudiar el calor y como influye en los cuerpos y como interactua en la
naturaleza, pasando por la observación y la medición para comprobar el sentido y
el proposito de la experiencia, ademas de la recopilacion de datos, nos ayudarán
a formar los criterios en principios fisicos y en la práctica del sentido de la
interpretación de las situaciones propuestas una vez pasadas por la fase de su
analisis para conocordar los elementos requeridos de los elementos operados.
Es importante para nosotros como estudiantes tener claro que la practica de
estos laboratorios busca en nosotros formar todas las capacidades de
interpretacion, de analisis, de ser propositivos, de sentido de responsabilidad por
la aplicación de unas normas y en ultimas, saber que se pueden resolver los
problemas y asumir las necesidades de terceros aplicando un conocimiento que
conlleva al rigor de la aplicación de la ciencia para beneficio propio y de los
demás.
La explicación de muchos fenómenos cuando se dan en un medio o en un
contexto, solo son comprendidos con la fundamentación teórica y con la
experimentación. Un ejemplo de ello seria: “La energía térmica representa la
energía interna total de un objeto: la suma de sus energías moleculares potencial
y cinética”. Para poder captar significativamente esto no bastará con realizar
ejercicios problemas que resuelvan una determinada situacion. La observación de
ello y la comprobacion mediante la experimentación son la fuente misma de
comprension propia y tambien sobre que transcurren o donde aplica. Por ello
como principio de entendimiento de cualquier fenomeno que querramos
comprender, el método cientifico es la mejor herramienta que tranforma nuestra
manera de conocer, de pensar y de ver el mundo.
Objetivos generales y específicos
Objetivo general: Aplicar los conceptos propios de la termodinamica en las
experiencias propuestas para asimilar por medio de la aplicación del método
cientifico como afectan el entorno donde ocurran fenomenos de esta naturaleza.
Objetivos especificos:
Hipótesis
Marco teorico
Termodinámica
Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema".
Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos
considerar. El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al
sistema, se conoce como su "ambiente". Se consideran varios tipos de
sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a
los sistemas abiertos donde sí puede entrar o salir masa. Un sistema
cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus formas por
sus fronteras.
1 Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un
cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una transferencia de
energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor
temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo. Es por esta
razón que se hace indispensable tener bien claro conceptos tales como
calor, temperatura y energía interna.
Entonces, La termodinámica puede definirse como el tema de la Física
que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y
como trabajo.
1 http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001762/
¿Que es un termómetro?
2 Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura de un
sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es encontrando
una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular
con la temperatura. La manera más "regular" es de forma lineal:
t(x)=ax+b.
Donde t es la temperatura y cambia con la propiedad x de la sustancia.
Las constantes a y b dependen de la sustancia usada y deben ser
evaluadas en dos puntos de temperatura específicos sobre la escala, por
ejemplo, 32° para el punto congelamiento del agua y 212° para el punto
de ebullición. Después se aclara que este es el rango de una escala ya
conocida como la Fahrenheit.
Por ejemplo, el mercurio es líquido dentro del rango de temperaturas de -
38,9° C a 356,7° C ( la escala Celsius se discute más adelante). Como
2 http://www.salonhogar.com/ciencias/fisica/temperatura/termometro.htm
un líquido, el mercurio se expande cuando se calienta, esta expansión es
lineal y puede ser calibrada con exactitud.
¿Para que sirve?
3Dependiendo del tipo de termometro, en general este instrumento sirve para
medir la temperatura de los cuerpos o del ambiente. Por ser de distintas clases se
detallara el uso de cada uno:
Termómetro Normal:
El termómetro seco sirve para medir la temperatura del aire en el momento de la
observación.
Termómetro Húmedo:
El termómetro húmedo sirve para medir la temperatura del bulbo húmedo, pero en
conjunto con el termómetro seco, puede utilizarse para calcular la humedad
relativa del aire, la tensión de vapor de agua y la temperatura del punto rocío.
Termómetro de Máxima:
Este termómetro sirve para determinar la mayor temperatura registrada durante un
lapso de de tiempo dado, generalmente un día.
Termómetro de Máxima:
Este termómetro sirve para determinar la mayor temperatura registrada durante un
lapso de de tiempo dado, generalmente un día.
3https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Instrumentos_meteorologicos.pdf
Geotermómetros:
Son termómetros que sirven para medir la temperatura del sub-suelo a diferentes
profundidades, no mayores de 1m.
Termógrafo:
Este instrumento sirve para registrar la temperatura gráficamente.
Geotermógrafo:
Este instrumento sirve para obtener un registro de las temperaturas del sub-suelo
principalmente, pero en algunos casos, también es usado para determinar la
temperatura del agua de los ríos o lagos a un nivel determinado.
¿Quién lo invento?
El termómetro que conocemos hoy en día, el pequeño instrumento que todos tenemos en
casa para medir nuestra temperatura, ha pasado por numerosas etapas en su evolución a
lo largo de la Historia. El primer aparato que se creó con esta finalidad fue obra de Galileo
Galilei, en 1592, y recibió el nombre de termoscopio. No se utilizaba mercurio, sino la
contracción que experimentaba para que ascendiera a través de un tubo y mostrara la
temperatura en el ambiente.
No fue hasta 1612 cuando el termómetro redujo sus dimensiones y empezó a tener una
aplicación específica para el diagnóstico médico, gracias a Santorre Santorio. Ya en el
siglo XVIII, concretamente en 1714, se creó el primer termómetro de mercurio: fue un
invento de Daniel Gabriel Farenheit, quien además, como puede deducirse, dio nombre a
uno de los estándares para la medición de la temperatura más empleados en todo el
mundo.
Puntos fijos de un termómetro
Son dos (2) puntos característicos en que la experiencia se muestra que algunos
fenómenos se reproducen siempre en las mismas condiciones.
1er Punto fijo: es el punto de fusión del hielo y es el estado térmico en que aparecen en
equilibrio los estados sólido y líquido del agua pura.
2do Punto fijo: es el punto de ebullición del agua y es el estado térmico del vapor de
agua en ebullición.
¿Qué es temperatura?
Se refiere al equilibrio térmico de los cuerpos unos con respecto a otros. La temperatura
es una propiedad física, inherente y medible de cualquier cuerpo, objeto o materia que
nos rodea. En el campo de la física la temperatura está directamente relacionada con la
cantidad de movimiento de las partículas / átomos que componen el cuerpo, objeto o
materia, de tal forma que a mayor cantidad de movimiento mayor temperatura y a menor
cantidad de movimiento menor temperatura tendrá dicho cuerpo.
¿Qué es energía térmica?
Las moléculas individuales se encuentran unidas por medio de fuerza elásticas análogas
a resortes. Estas moléculas oscilan respecto a sus posiciones de equilibrio, con una
frecuencia específica y una amplitud A. Por ende, tanto la energía potencial como la
cinética están asociadas con el movimiento molecular. Puesto que esta energía interna se
relaciona con lo caliente o lo frío que está un cuerpo recibe el nombre de energía térmica.
¿Qué es el equilibrio térmico?
Es la condición en que se encuentran los cuerpos en un sistema si y solo si tienen la
misma temperatura. Explicado con un ejemplo, al poner en contacto dos cuerpos de
distinta temperatura, el de mayor temperatura cede su energía al de menor temperatura
hasta que sus temperaturas se igualan.
Punto de fusión y ebullicion del agua
El punto de fusión es la temperatura a la que el elemento cambia de la fase sólida a la
líquida, a la presión de 1 atm. En el Sistema Internacional se mide en K (Kelvin). Dicho en
otras palabras se llama punto de fusión a la temperatura que un sólido pasa a líquido.
Esta temperatura no depende de la cantidad de sólido que tengamos, solamente depende
de la naturaleza del sólido y por tanto se trata de una propiedad específica. Mientras el
sólido se está fundiendo la temperatura no varía.
El punto de ebullición es la temperatura a la que un líquido hierve. Esta temperatura no
depende de la cantidad de líquido que tengamos, solamente depende de la naturaleza del
líquido y por tanto se trata de una propiedad específica. Mientras el líquido está hirviendo
la temperatura no varía.
Punto triple de fusión del agua
Combinación de presión y temperatura a la que el agua, hielo y vapor de agua pueden
coexistir en un equilibrio estable se produce exactamente a una temperatura de 273,1598
K (0,0098 °C) y a una presión parcial de vapor de agua de 611,73 pascales (6,1173
milibares; 0,0060373057 atm). En conclusión, El punto triple es aquel en el cual coexisten
en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se
define con una temperatura y una presión de vapor.
¿Cómo se hallan las temperaturas de las mezclas?
Se deberá tener claridad sobre que sustancias están interactuando en las mezclas
para definir y sus temperaturas iniciales donde:
1) Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C si es agua que
interviene.
2) Definir tanto el peso (cantidad) como sus temperaturas, dejando bien claro
la de cada sustancia.
3) Aplicamos Q1 = Q2 (calor ganado = calor perdido)
4) Al igualar los calores, debemos seguir procedimientos algebraicos de
operaciones y despejes y obtenemos el resultado del dato deseado
Ejemplo
¿Cuál será la temperatura final de una mezcla de 100 gramos de agua a 25
grados Celsius con 75 gramos de agua a 40 grados Celsius?
Desarrollo:
Datos:
Capacidad calorífica específica del agua: 1 cal/grº C
Los 100 gr de agua que están a 25º C ganarán temperatura
Los 75 gr de agua que están a 40º C perderán temperatura
Sabemos que Q1 = Q2 (calor ganado = calor perdido)
Entonces
Respuesta: La temperatura final o de equilibrio de la mezcla es 31,43º C.
¿Qué es una mezcla?
Son materiales que contienen dos o más sustancias simples, que pueden ser separadas
tomando como base las propiedades características de cada una de ellas. Su
composición es variable.
Por lo tanto, están formadas por varias sustancias que no mantienen interacciones
químicas. Las propiedades de los diversos componentes pueden incluso ser distintas
entre sí. Es habitual que cada uno de ellos se encuentre aislado a través de algún método
mecánico.
Podría decirse, en definitiva, que una mezcla surge cuando se incorporan distintas
sustancias sin interacción química a un todo. Si la misma está formada por sustancias
puras que no pierden sus propiedades naturales en la integración, se habla de mezcla
homogénea. Éstas son disoluciones y se caracterizan por no exhibir sus componentes de
manera diferenciada ante los ojos del observador, que sólo detecta una única fase.
Las mezclas heterogéneas, por otra parte, son composiciones que carecen de
uniformidad, como los coloides o las suspensiones. Un ejemplo de este tipo de mezcla es
una ensalada que combina varios ingredientes (como lechuga, tomate y cebolla, o apio,
zanahoria y huevo).
¿Qué son las dilataciones?
Si nos referimos a la dilatación térmica, esto puede definirse como el aumento de
longitud, (dilatación lineal, en la cual predomina la variación en una única dimensión, o
sea, en el ancho, largo o altura de un cuerpo), volumen (dilatación volumétrica, en la cual
predomina la variación en tres dimensiones, o sea, la variación del volumen del cuerpo) o
alguna otra dimensión métrica tal como área donde aquella en que predomina la variación
en dos dimensiones, o sea, la variación del área del cuerpo debido a la intervención de un
cambio de temperatura que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que
se provoca en él por cualquier medio. Contrario a esto tenemos la contracción térmica,
que se refiere a la disminución de propiedades métricas por disminución de la misma.
Expansión volumétrica de un gas
Consiste en la capacidad de un gas cualquiera de extenderse por todo el recipiente que lo
contenga con una presión y una temperatura que lo haga variar.
Se consideran tres casos especiales de dilatación en los gases, según permanezcan
constantes la presión, el volumen o la temperatura. Se llama cero absoluto, la temperatura
ideal de un gas en que no ejerce ninguna presión; se calcula en -273º C. Las
temperaturas contadas a partir del cero absoluto son las temperaturas absolutas. La
ecuación general de los gases perfectos nos sirve para relacionar en una sola fórmula la
temperatura, presión y volumen que actúan sobre un gas, cuando las tres varían.
Dilatación a Presión constante: la presión permanece constante y el aumento de
temperatura produce un aumento de volumen. Es como una dilatación cúbica puesto que
aumenta el volumen. Tendrá su coeficiente de dilatación de un gas a presión constante y
será el aumento que experimenta la unidad de volumen, cuando la temperatura aumenta
un grado centígrado: Por tanto para hallar el volumen de un gas a t grados basta con
multiplicar el volumen que tiene a 0 grados por el binomio de dilatación.
Dilatación a Volumen Constante: El volumen permanece constante y aumenta la
presión. Será coeficiente de dilatación de un gas a volumen constante, el aumento de
presión que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en un grado
centígrado.
Varían la presión y el volumen: aquí se aplica la ley de Boyle-Mariotte que dice que si la
temperatura de un gas permanece constante, el volumen que ocupa está en razón inversa
de la presión que sobre él actúa. Ver gases perfectos.
Fuerza de expansión volumétrica
Que es un calorímetro
El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor
suministradas o recibidas por los cuerpos.
En un caso ideal de transferencia de calor se puede hacer una simplificación: que
únicamente se consideren como sustancias intervinientes a las sustancias calientes y
frías entre las que se produce la transferencia de calor y no los recipientes, que se
considerarían recipientes adiabáticos ideales, cuyas paredes con el exterior serían
perfectos aislantes térmicos (calorímetro); el caso real más parecido sería un termo o un
saco de dormir con relleno de plumas.
¿Qué es un calorímetro de hielo?
Sirve para determinar el calor específico de un cuerpo por el método de la fusión del hielo.
Es un vaso cilíndrico de hojalata barnizada sostenido por un trípode y terminado
internamente por un embudo. En su interior se adapta otro vaso semejante terminado
interiormente por un tubo con llave que atraviesa el vaso exterior. En una especie de
rejilla metálica se coloca el cuerpo cuyo calor específico se quiere determinar. En el
interior de los vasos concéntricos se pone hielo, y también en la cestilla. El calor que cede
el cuerpo funde una cierta cantidad de hielo, que se mide abriendo la llave del depósito
interno y recogiendo el agua fundida que se pesa. De esta manera, y conociendo la
temperatura a la que se introdujo el cuerpo, se puede medir su calor específico. La llave
del depósito externo es para dar salida al agua que despide el hielo del compartimento
exterior. Posee una tapadera que permite cerrarlo perfectamente. Está aislado
térmicamente del ambiente exterior. Un termómetro, que está siempre inmerso, marca la
a temperatura da agua contenida en el calorímetro. El esquema ilustra el funcionamiento.
Se ve un vaso lleno de agua revestido por un aislante térmico como el aire. En ese vaso
está inmerso un termómetro que acusa, por ejemplo la temperatura de 20ºC. Se coloca
fragmentos de un metal (por ejemplo, hierro a 60ºC) dentro del calorímetro. La
temperatura del agua, inicialmente de 20ºC, sube, porque el metal cede calor, hasta que
las temperaturas del agua y de la esfera tengan el mismo valor t, de equilibrio. Este valor
depende de diversos factores, entre los cuales la cantidad de agua presente en el
calorímetro, la masa de los fragmentos, las respectivas temperaturas del agua y del metal.
Quien lo descubrió
Calor especifico
Que es calor
El calor se define como la transferencia de energía térmica debida a una diferencia de
temperatura.
Calor especifico
El calor específico de un material es la cantidad de calor necesario para elevar un grado
la temperatura de una unidad de masa.
Temperatura
La temperatura es una magnitud física que indica la intensidad de calor o frío de un
cuerpo, de un objeto o del medio ambiente, en general, medido por un termómetro.
Como afecta la presión al comportamiento del agua
Presión es la relación entre una fuerza ejercida por unidad de área.
La presión se encuentra directamente ligada al comportamiento del agua, esta regula
cómo se comporta en los cambios de estado. Esta presión que afecta el agua es la
presión atmosférica, esta indica a que temperatura el agua va a pasar de un estado a
otro. En condiciones normales 1atm el agua se evapora a los y su punto de fusión es,
pero al momento que se produce una variación en la presión atmosférica esas
temperaturas cambian, si la presión aumenta la temperatura de ebullición aumenta y la
temperatura de fusión se vuelve menor, esto se debe a la cohesión de las moléculas y a
la fuerza de vander wall.
Densidad, ¿Cómo varia?
La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio
determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.
La variación de la densidad puede darse por muchos factores como las temperaturas la
altitud la profundidad etc.
A mayor temperatura menor densidad, esto se debe a que la cohesión de las moléculas
va disminuyendo a medida que la temperatura va aumentando progresivamente.
Presión de vapor y Energía corriente de vapor
La presión de vapor saturado de una sustancia es la presión adicional ejercida por las
moléculas de vapor sobre la sustancia y sus alrededores en condiciones de saturación.
Una vez obtenida la condición de saturación para una sustancia y su vapor a una
temperatura determinada, la presión de vapor permanece esencialmente constante. Si la
temperatura se incrementa, las moléculas del líquido adquieren más energía y la
evaporación se produce con mayor rapidez. La condición de equilibrio persiste hasta que
la rapidez de condensación se equilibra de nuevo con la rapidez de evaporación. Por lo
tanto, la presión de vapor saturado de una sustancia aumenta al elevarse la temperatura.
La ebullición se define como la vaporización dentro de un líquido cuando su presión de
vapor es igual a la presión en el líquido.
Si la presión en la superficie del líquido es de 1 atm, como lo sería en un recipiente
abierto, la temperatura a la cual ocurre la ebullición se conoce como punto de ebullición
normal para ese líquido. El punto de ebullición normal del agua es 100°C por el hecho de
que ésa es la temperatura a la cual la presión de vapor del agua es 1 atm (760 mm de
mercurio). Si la presión sobre la superficie de cualquier líquido es menor que 1 atm, se
alcanzará la ebullición a una temperatura inferior al punto de ebullición normal. Si la
presión externa es mayor que 1 atm, la ebullición se iniciará a una temperatura más alta
Conducción del calor en cuerpos solidos
Cuando se produce una transferencia de Calor, se intercambia energía en forma de calor
entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta
temperatura.
La conducción es el proceso por el que se transfiere energía térmica mediante colisiones
de moléculas adyacentes a lo largo de un medio material. El medio en sí no se mueve.
Conducción
Cuando dos partes de un material se mantienen a temperaturas diferentes, la energía se
transfiere por colisiones moleculares de la más alta a la más baja temperatura. Este
proceso de conducción es favorecido también por el movimiento de electrones libres en el
interior de la sustancia, los cuales se han disociado de sus átomos de origen y tienen la
libertad de moverse de uno a otro átomo cuando son estimulados ya sea térmica o
eléctricamente.
La ley fundamental de la conducción térmica es una generalización de resultados
experimentales relacionados con el flujo de calor a través de un material en forma de
placa. Consideremos la placa de espesor L y área A. Una cara se mantiene a una
temperatura t y la otra a una temperatura t'. Se mide la cantidad de calor Q que fluye en
dirección perpendicular a la cara durante un tiempo r.
Convección
La convección se ha definido como el proceso por el que el calor es transferido por medio
del movimiento real de la masa de un medio material. Una corriente de líquido o de gas
que absorbe energía de un lugar y lo lleva a otro, donde lo libera a una porción más fría
del fluido recibe el nombre de comente de convección.
Si el movimiento de un fluido es causado por una diferencia de densidad originada por un
cambio de temperatura, la corriente producida se conoce como convección natural.
Cuando un fluido es obligado a moverse por la acción de una bomba o unas aspas, la
corriente producida se conoce como convección forzada.
La radiación es el proceso por el que el calor se transfiere mediante ondas
electromagnéticas.
Todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto emiten energía radiante.
A bajas temperaturas, la razón de emisión es pequeña y la radiación es
predominantemente de longitudes de onda grandes. A medida que la temperatura se
eleva, esa razón aumenta rápidamente y la radiación predominante corresponde a
longitudes de onda más cortas. Si se calienta sin parar una barra de hierro, finalmente
emitirá radiación en la región visible; de ese hecho han surgido las expresiones caliente al
rojo vivo y caliente cil blanco.
La razón de radiación R de un cuerpo se define formalmente como la energía radiante
emitida por unidad de área por unidad de tiempo; dicho de otro modo, la potencia por
unidad de área. En forma simbólica esto se expresa
Estudio de la llama
¿Qué es una llama?
Llama: es un fenómeno luminoso que se produce por la incandescencia de los gases
durante la combustión.
Se define como el medio gaseoso en el que se desarrollan las reacciones de combustión;
aquí es donde el combustible y el comburente se encuentran mezclados y en reacción.
Estructura de la Llama
En las llamas no luminosas se presentan tres zonas claramente definidas.
Zona interna o interior fría, corresponde a los gases que no entran en combustión, por
lo que su temperatura es baja.
Zona intermedia o de reducción, es una mezcla intermedia en la cual la combustión es
incompleta y en la que se reducen los óxidos metálicos. La zona de reducción está
generalmente limitada a una mera envoltura del cono interior.
Zona exterior o de oxidación, que es la parte más externa de la llama y envuelve a las
dos anteriores; por la abundancia de oxigeno hay combustión completa y la temperatura
es más alta. El punto más caliente de la llama se encuentra en el interior de esta zona.
Forma, color y temperatura de la llama
La forma que presenta una llama depende del medio técnico que prepara el
combustible/comburente; es decir, depende del quemador utilizado, ya que éste es el
encargado de pulverizar y repartir el combustible. Si la combustión es buena, la llama no
será opaca, negruzca,... El color negro lo van a dar los inquemados. La temperatura que
va a alcanzar la llama dependerá de:
Composición y porcentaje del comburente.
Velocidad global de la combustión. Ésta depende de: Reactividad del combustible. Forma y eficacia del sistema de combustión. Temperatura inicial de los reactivos.
En los quemadores de combustibles fluidos actuales se regula las proporciones de
combustibles y aire para obtener llamas de alto poder calorífico, como consecuencia de
combustiones completas, contarías a las llamas luminosas que se producen en algunos
quemadores por la influencia de oxígeno.
Clasificación de las llamas
Las llamas se clasifican en 3 grupos ateniéndonos a los parámetros para un combustible
líquido:
Mezcla combustible comburente.
Velocidad de la mezcla de combustible.
Posición de la llama respecto a la boca del quemador.
Mezcla combustible comburente.
Llama de premezcla: La mezcla de los dos fluidos se realiza parcial o totalmente antes de alcanzar la cámara de combustión.
Llama de difusión: (sin mezcla previa) El combustible y el comburente se mezcla justo en el momento de la combustión.
Velocidad de la mezcla de combustible.
Laminar: Los fenómenos de mezcla y transporte ocurren a bajas temperaturas.
Turbulento: Las velocidades de la mezcla aire/combustible es elevada. La mezcla vaporizada suele salir silbando y en forma de torbellino.
Posición de la llama respecto a la boca del quemador.
Llama estacionaria: El combustible se va quemando poco a poco al pasar por una determinada parte del sistema. Este es el tipo de llama ideal desde el punto de vista industrial.
Llama explosiva libre: Es la que está en movimiento.
Que es calor
Temperatura y presión de vapor
Como afecta la presión al comportamiento del agua
Como varia la densidad
Densidad
Corriente de convección del aire
Energía corriente de vapor
Conducción del calor en cuerpos solidos
Estudio de la llama
Que es una llama
Materiales
Mechero de alcohol
Soporte
Nuez doble
Pinza para balón
Balón de destilación
Termómetro
Vaso de precipitados
Hielo
Procedimiento
1. Introduzca el termómetro en un vaso de precipitados con agua y hielo
2. agítelo continuamente durante unos segundos.
3. Lea la temperatura marcada cuando la columna deje de descender.
4. Coloque el termómetro en el tapón
5. deposite agua en el balón y tápelo con el tapon con termómetro puesto
6. haga hervir el agua contenida en el balón
7. efectúe la lectura de la temperatura cuando el agua este en ebullición.
8. Estas temperaturas halladas se denominan puntos fijos de un termómetro
Observaciones
Que utilidad halla en verificar con el termómetro los puntos fijos de este?
Enuncie y explique los errores más frecuentes que pueden ocurrir al hacer
lecturas de temperatura
El punto de ebullición de los líquidos y gases depende de la presión del
medio donde se toman los datos?
A que temperatura hierve el agua en una ciudad a nivel del mar?
Materiales
Trípode de hierro
Malla de asbesto
Mechero de alcohol
Mechero bunsen
Termómetro
Erlenmeyer
Vaso de precipitado
Procedimiento
1. Mida exactamente 200ml de agua en el Erlenmeyer
2. páselos al vaso de precipitado
3. tome la temperatura del agua en el vaso
4. caliente con el mechero de alcohol durante tres minutos exactos
5. tome la temperatura en el vaso cada 30 segundos registrando las seis
lecturas.
Enfrié con agua la malla de asbesto, el trípode, el vaso de precipitado hasta la
temperatura ambiente. Mida el Erlenmeyer 200ml de agua exactamente y
colóquelos en el vaso de precipitado, tome la temperatura del agua la cual deberá
ser igual a la que tomo antes del primer calentamiento, caliente el agua con el
mechero bunsen durante tres minutos axactos registrando la temperatura cada 30
segundos
Observaciones
Elabore un plano cartesiano las graficas de temperatura en el eje de la
ordenada y tiempo en las abcisas. Compare los resultados de las dos
graficas
Establezca cual mechero es mas eficiente para generar calor?
Materiales
Trípode de hierro
Malla de asbesto
Mechero
Termómetro
Vaso de precipitado
Procedimiento
1. Coloque en el vaso de precipitado 100ml de agua
2. Con el termómetro tome la temperatura inicial del agua
3. Comience a calentar con el mechero
4. Anote el tiempo que toma el agua a llegar a el punto de ebullición
5. Tome la temperatura final
6. Suspenda el calentamiento y enfrié los materiales con agua
7. Coloque ahora un vaso de precipitado con 200ml de agua
8. Repita el proceso del primer calentamiento
Observaciones
Establezca en cual de los dos calentamientos requirió mas tiempo
¿Qué sucedería al calentar 400ml de agua?
Materiales
Vaso de precipitado
Erlenmeyer
Vaso interno de calorímetro de joule
Mechero
Malla de asbesto
Trípode de hierro
Procedimiento
1. Tome un Erlenmeyer y ponga 150ml de agua en el
2. Tome e vaso calorímetro de joule y deposite 250 ml
3. Caliente ambos recipientes en la malla de asbesto
4. Después de cinco minutos registre la temperatura de ambos recipientes
5. Luego deposite el agua dentro del Erlenmeyer en el vaso de joule y mezcle
6. Tome la temperatura final de esta mezcla
Observaciones
Mediante cálculo matemático determine la temperatura de la mezcla final y
compárela con el resultado de la experiencia
TM=(Ce∗Te )+(Cv∗Tv)
(Ce+Cv)
Tm= temperatura de la mezcla
Ce= cantidad de agua en el Erlenmeyer
Te=temperatura del agua en el Erlenmeyer
Cv=cantidad de agua en el vaso
Tv=temperatura del agua en el vaso
Investigue en que procesos se usa este procedimiento
Materiales
Bola y anillo de gravesande
Mechero de alcohol
Procedimiento
1. Retire la esfera con mango del soporte
2. Compruebe que pasa fácilmente por el orificio
3. Caliente la esfera por 30 segundos
4. Observe que ya no pasa por el orificio
5. Déjela allí y observe que ocurre en unos minutos
Observaciones
A que se debe que la esfera luego de calentarse ya no pasa a través del
aro?
Que ocurre luego de dejar la esfera unos minutos en el aro? Explique
El coeficiente de dilatación del solido es aproximadamente tres veces el
coeficiente de dilatación lineal
Halle el volumen de una esfera de aluminio cuyo radio a 20 grados
centígrados es de 5 cm y realice los cálculos necesarios para hallar el
volumen al ser calentado hasta 360 grados
Porque cree usted que es importante conocer los coeficientes de dilatación
de los materiales de construcción?
Materiales
2 vasos de precipitado
Trípode de hierro
Mechero
Termómetro
Pinza para bureta
Soporte con varilla
Tubo de ensayo
Probeta o jeringa
Pinza para tubos de ensayo
Tapón de caucho para tubo de ensayo
Cinta de enmascarar
Procedimiento
1. Llene el vaso de precipitados con agua
2. Colóquelo a calentar sobre el trípode
3. Mientras el agua hierve tome un tubo de ensayo y péguele a lo largo un
trozo de cinta de enmascarar
4. Coloque otro vaso a temperatura ambiente
5. Usando el soporte y la pinza para soporte fije el termómetro en el vaso de
precipitado
6. Introduzca en el agua hirviendo el tubo de ensayo sujetado por la pinza
7. No permita que entre agua dentro del tubo
8. Luego de un minuto de calentamiento tape el tubo con un tapon de caucho
9. El tapon debe de ir es por encima mas no sellando el tubo
10.Rápidamente introdúzcalo boca abajo en el vaso de precipitado con el agua
fría
11.Observe como el agua entra al tubo de ensayo después de un tiempo
12.Luego de tres minutos cuando la igualdad térmica sea igual tanto dentro
como fuera del tubo marque ese punto con la cinta de enmascarar
13.Llene el tubo de ensayo hasta el borde y determine su volumen con la
bureta o jeringa
14.Ahora vuelva a llenar el tubo pero hasta la línea ya marcada en la cinta de
enmascarar
15.Deduzca el coeficiente de dilatación cubica con la siguiente ecuación
16. g=(V 2−V 1) /(T 2V !−T 1V 2)
Observaciones
compare el valor obtenido de g con el valor dado en el marco teórico ¿Qué
unidades tiene g? deduzca la ecuación dada para hallar la ecuación de
charles.
Materiales
pinza de madera
tubo de ensayo
tapon para tubo de ensayo
mechero de alcohol
Procedimiento
1. agregue agua en el tubo de ensayo hasta un poco mas bajo de la mitad
2. tápelo con el tapon de caucho sin ajustarlo demasiado
3. asegure el tubo con la pinza de madera
4. asegurese que el tapon no este apuntando a nadie
5. caliente el tubo hasta que el tapon sea disparado
observaciones
de donde procede la energía para disparar una bala?
Que puede suceder si se presiona mucho el tapon al calentarlo?
Materiales
Calorímetro de joule
Vaso precipitado
Mechero
Trípode
Malla
Agua
Procedimiento
1. Introduzca en el calorímetro una determinada cantidad de agua (120ml)
medida con una probeta.
2. tomar el termómetro y medir su temperatura inicial (T1).
3. agregar una cantidad de agua igual a la inicial (m2) con una temperatura de
60c (T2).
4. Colarle la tapa al calorímetro con el termómetro adentro y agitar durante 30
segundos.
5. Medir la temperatura final de la mezcla (T12).
6. Hallar la capacidad calorífica del calorimetro Ck, despejándola de la
siguiente ecuación:
Cantidad de calor cedida por el agua caliente= cantidad de calor ganada
por el agua fría + cantidad ganada por el calorimetro.
m 2∙C (T 2 ∙ T12 )=m1 ∙C (T12 ∙ T 1)+mk ∙Ck (T 12 ∙ T1 )
Con C la capacidad calorífica del agua cal /g °C
Se puede determinar solamente el producto mk*Ck que se llamara W y se
usara en cálculos posteriores.
Observaciones
¿Que indica que un cuerpo tenga una alta capacidad calorífica?
¿Qué indica que un cuerpo tenga una baja cantidad calorífica?
¿Qué unidades tiene el calor específico?
¿Qué unidades tiene W?
Materiales:
Bloque de hielo
Pesa de aluminio
Balón fondo plano
Vasos del calorimetro
Mechero de alcohol
Probeta
Termómetro
Balanza
Procedimiento:
1. Coloque la pesa de aluminio dentro del balón con 200cm3 de agua.
2. Calentar el mechero hasta 90°C.
3. Ubique el trozo de hielo en el vaso el calorimetro.
4. Sacar el aluminio del balón y colocar sobre el hielo este comienza a
fundirse.
5. Recoja el agua del vaso en la probeta graduada.
Observaciones
¿Qué sucedió con el calor de la pesa y el calor del sistema pesa hielo?
Materiales:
Calorimetro de Joule
Discos de aluminio
Discos de cobre
Pernos de vidrio
Balanza
Agua
Mechero
Vaso de precipitados
Trípode
Termómetro
Probeta
Pinza metálica
Procedimiento:
1. Calienta el agua en el vaso de precipitados, usando el trípode y el mechero.
2. Al hervir el agua agregue los discos de aluminio previamente pesados y
permita que el agua continúe hirviendo.
3. Con la probeta mida 80 ml de agua a temperatura ambiente y colóquela en
el calorímetro, mida la temperatura y anótela.
4. Con las pinzas saque los discos de aluminio del agua y colóquelos dentro
del calorimetro, selle y agite por 20 segundos.
5. Tome la lectura de temperatura y anótela.
6. Repita el procedimiento con los discos de cobre y con los pernos de vidrio
(tenga cuidado cuando los retire del agua, si lo prefiere permita que se
calienten en agua calentada hasta los 50°C.
7. Calcular el calor especifico de los elementos usados en la siguiente
ecuación:
c=(W+m1∙ c 1 ) (T 12 ∙ T1 )
m2 (T2 ∙T 12 )
Donde c es el calor especifico que se busca
W la constante de calorimetro hallada anterior mente
M1 la masa de agaua usada en el calorimetro
M2 la masa del elemento al cual se calculara el calor especificp
T1 la temperatura del agua colocada en el calorimetro
T2m la temperatura a la cual se calientan los cuerpos de agua
T12 temperatura de mescla
C1 la capacidad calorífica del agua
Observaciones
¿Cuál de los tres elementos solidos utilizados tiene mayor capacidad
calórica y que quiere decir esto?
¿Esperaría obtener los mismos valores de calor específico si se utiliza
mayor o menor masa de muestra?
¿Obtendría un valor de calor específico diferente si se calienta menos o
más los cuerpos solidos?
¿Qué debería tener una cuenta si en lugar de agua utilizas aceites
¿obtendría valores diferentes?
Materiales
Calorimetro
Disco de aluminio
Agua
Mechero
Probeta
Pinzas metálicas
Procedimiento
1. Medir la probeta 80 ml de agua y agregarla al calorímetro.
2. Tomar la temperatura
3. Tome con la pinza metalica el disco de aluminio y caliéntelo por 2 minutos
en la llama del mechero y coloque inmediatamente después en el
calorimetro.
4. Determinar la temperatura final del calorimetro luego de 30 segundos
5. Calcule la temperatura a la cual se hallaba el cilindro de aluminio antes de
colocarlo en el calorimetro.
T=(W+m1 ∙ c1 ) (T 12 ∙T 1 )
m2∙ c 2+T12
Donde
T es la temperatura a determinar
W la constante del calorimetro
M1 la masa de agua
M2 la masa del disco de aluminio
T12 la temperatura de la mezcla
T1 la temperatura inicial del agua
C2 la capacidad calorífica del aluminio tomada de la literatura, 0.212 cal/g
°C
C1 capacidad calorífica del agua
Observaciones
¿En que se basa el cálculo realizado?
¿Hallaría una temperatura diferente si utiliza una muestra de cobre?
Explique
Observe el calorímetro, abriéndolo y reconociendo como está conformado
¿Por qué razones cree usted que el calorimetro se construye así?
Invente un método para hallar la capacidad calorífica de un líquido usando
el calorimetro y compruébelo
Materiales
Soporte universal
Pinza para balones
Trípode
Mechero
Refrigerante recto
Vaso precipitados
Hielo
Procedimiento
1. Pique el hielo en trozos y colóquelos en el balón de destilación.
2. Llevarlo al trípode y calentarlo
3. Colocar un termómetro y mida la temperatura durante la fusión del hielo
4. Continue midiendo la temperatura por un minuto cada 15 segundos
5. Conecte el refrigerador al desprendimiento del balón y el termómetro por
medio de un tapon hortado en la boca del balón.
6. Siga calentando y mida la temperatura cada minuto.
7. Cuando el agua comience a hervir permita el paso de agua a través de
refrigerante.
8. Continue midiendo la temperatura y observe si esta varia durante la
ebullición.
Observación
A nivel molecular que ocurre con las moléculas cunado hay un cambio de
estado
Observe los datos de temperatura tomados ¿varía la temperatura mientras
el hielo se derrite? ¿varia la temperatura mientras el agua hierve?
¿cesa la transferencia de calor en el momento que el hielo se derrite?
¿Cesa la transferencia de calor durante la evaporación continua del agua?
Si el calor se sigue transfiriendo al fluido durante estos fenómenos ¿Por
qué no aumenta la temperatura?
Materiales
Vaso precipitado
Plato calefactor
Agua
Tubo de ensayo
Parafina
2 termómetros
Agitador de vidrio
Pinza para tubos de ensayo
Pinza para bureta
Soporte universal
Procedimiento
1. Calienta agua en el vaso precipitado.
2. Llene el tubo de ensayo con trozos de parafina.
3. Con las pinzas introdúzcalo en el agua caliente del vaso de precipitados.
4. Cuando la parafina este fundida, deje que se caliente por lo menos un
minuto más.
5. Retire el tubo de ensayo con parafina fundida.
6. Sujételo al soporte universal con la pinza para la bureta, e introducir el
termómetro de tal modo que el bulbo quede en el centro. (Observe como la
temperatura empieza a variar en el momento en que se solidifica la
parafina, la temperatura se mantiene constante. Luego de la solidificación
total, la temperatura comienza a disminuir).
7. Coloque el agua a temperatura ambiente a calentar.
8. Introduzca el tubo de ensayo con la parafina y el termómetro.
9. Coloque otro termómetro dentro del agua y con el agitador de vidrio, agite
constantemente.
10.Tome lectura y anote la temperatura del agua y de la parafina cada 30
segundos.
11.Observe el estado de la parafina
12.Luego que se funda la parafina, retire el termómetro.
13.Limpie con un trozo papel luego con un trapo.
Observaciones
¿Durante la transición del estado sólido al líquido hubo algún cambio de
temperatura?
¿El valor de esta fue el mismo que durante la transición del estado líquido
al solido?
¿El que no haya cambio de la temperatura en estos puntos indica que no
hay transferencia de calor? Explique
¿De qué depende la cantidad de agua que se evapora?
Materiales
Pulsometro de franklin
Procedimiento
1. Tome con una mano el pulsometro de Franklin agarrándolo por uno de
los bulbos y en forma de que el tubo que los une quede hacia abajo.
2. Observe que el calor de las manos es suficiente para causar una rápida
evaporación, incrementando la presión de vapor en el bulbo que esta
contacto con ella, por lo que el líquido pase por el otro bulbo.
3. Coja ahora el pulsometro de otro bulbo y observe que nuevamente se
repite el proceso.
Observación
Antes de coger el pulsometro ¿ que llena el espacio que no está ocupada
por un líquido?
Cuando se sostiene el pulsometro por un buen tiempo de un solo bulbo el
sistema no muestra actividad¿ a qué se debe esto? Explique
El calor que nos trasmite con su mano al inicio del experimento, cuando
pasa al líquido de un bulbo a otro ¿incrementa la temperatura del sistema?
Para responder esta pregunta piense que pasa con la temperatura del agua
cuando esta hierve en una vasija abierta y cuando hierve en una olla a
presión.
El pulsometro está lleno de líquidos muy volátiles y el aire es parcialmente
evacuado ¿con que fin cree que se saca el aire antes de cerrar el sistema?,
¿Qué ocurriría si hubiera aire u otro gas dentro del pulsometro?
Temperatura de fusión, calor de solidificación y de fusión
Materiales
Vaso precipitado
Plato calefactor
Agua
Tubo de ensayo
Parafina
2 termómetros
Agitador de vidrio
Pinza para tubos de ensayo
Pinza para bureta
Soporte universal
Procedimiento
1. Calentar agua en un vaso precipitado
2. Llenar el tubo de ensayo con trozos de parafina
3. Con las pinzas introducir en el agua caliente del vaso precipitado(después
de introducir esperar un minuto)
4. Con la pinza de bureta retirar y sujetar el tubo de ensayo en el soporte
universal, Introducir el termómetro de tal forma que el bulbo quede en el
centro.(Observar los cambios de temperatura)
5. Nuevamente colocar agua a temperatura ambiente a calentar
6. Introducir el tubo de ensayo con la parafina y el termómetro, en este caso
se introduce también un segundo termómetro.
7. Agitar con el agitador
8. Tomar temperatura del agua y la parafina cada 30 segundos hasta que la
parafina se funda con el agua
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. ¿Durante la transición del estado sólido al líquido hubo algún cambio de
temperatura?
2. ¿El valor de ésta fue el mismo que durante la transición del estado líquido
al sólido?
3. ¿El que no haya cambio de la temperatura en estos puntos indica que no
hay transferencia de calor? Explique
4. ¿De qué depende la cantidad de agua que se evapora?
Análisis de resultados
Temperatura y presión de vapor
Materiales
Pulsómetro de Franklin
Procedimiento
1. Tomar con una mano un bulbo del pulsómetro de Franklin.
2. Observar lo que pasa con el agua
3. Repite lo mismo pero del otro bulbo
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. Antes de coger el pulsómetro ¿qué llena el espacio que no está ocupado
por el líquido?
2. Cuando se sostiene el pulsómetro por un buen tiempo de un solo bulbo el
sistema no muestra actividad ¿A qué se debe ésto? Explique
3. El calor que transmite con su mano al inicio del experimento, cuando pasa
al líquido de un bulbo a otro ¿incrementa la temperatura del sistema? Para
responder esta pregunta piense que pasa con la temperatura del agua
cuando esta hierve en una vasija abierta y cuando hierve en una olla a
presión.
4. el pulsómetro está lleno de líquidos muy volátiles y el aire es parcialmente
evacuado, ¿con qué fin cree que se saca el aire antes de cerrar el
sistema?, ¿qué ocurriría si hubiera aire u otro gas dentro del pulsómetro ?
Análisis de resultados
Efecto de la presión sobre el punto de ebullición
Materiales
Balón fondo redondo de 50 ml
Tapón de caucho
Trapo
Agua
Soporte universal
Pinza para bureta
Procedimiento
1. Sujetar el balón con la pinza
2. Llenar con agua hasta tres cuartas partes.
3. Poner la pinza al soporte universal y calentar el agua hasta que hierva.
4. Al momento que el agua esta hervida soltar la pinza y darle vuela al balón
de tal modo que quede boca abajo.
5. Enfriar el balón con una espuma o trapo húmedo y observe.
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. Luego de que hierve el agua y tapa herméticamente ¿Qué queda en el
balón?
2. ¿qué ocurre en el sistema cuando se enfría el balón? Explique
Análisis de resultados
Variación de la densidad
Materiales
Vaso de precipitados de 600 ml
Balón fondo redondo de 50 ml
Tapón de caucho para balón
Solución de azul de metileno
Agua
Trípode
Mechero
Procedimiento
1. Llenar el vaso de precipitados con agua y colocar sobre el trípode
2. Llenar el balón con agua y coloréela con unas gotas de solución de azul de
metileno.
3. Sellar el balón con el tapón y sumergir boca abajo en el vaso de
precipitados(verificar que este flotando)
4. Por último, calentar el vaso y observar.
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. ¿a qué se debe el extraño comportamiento del balón?
2. ¿Por qué se calienta el aire de un globo aerostático?,¿Cómo se logra que
éste descienda o ascienda?
3. ¿Está decir qué densidad es función de la temperatura o se debe decir que
es función del calor? Explique
Análisis de resultados
Corrientes de convección en el aire
Materiales
Soporte universal
Nuez sencilla
Pinza de madera para tubo de ensayo
Trozo de hilo
Gancho sujetapapeles
Procedimiento
1. Realizar un ringlete en papel.
2. Colocar bajo el ringlete el mechero encendido, Anotar lo que sucede.
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. Explique en que forma se transporta el calor producido por la llama al medio
gaseoso.
2. ¿Por qué gira el ringlete?
3. ¿Qué podría ocurrir si la llama produjese frio?
Análisis de resultados
Energía corriente de vapor
Materiales
Soporte universal
Nuez doble
Pinza de madera para tubo de ensayo
Trozo de hilo
Clip o alfiler
Erlenmeyer con tapón horadado
Tubo de vidrio
Mechero
Malla
Trípode
Procedimiento
1. Realizar un ringlete de cartón o papel
2. Asegurar con la pinza de madera para tubo de ensayo y sujetar la pinza con
la nuez en el soporte.
3. Insertar el tubo de vidrio del tapón de caucho.
4. Agregar 100ml de agua en el Erlenmeyer y tapar con el tapón de caucho
5. Calentar con el mechero hasta que se produzca vapor
6. Al momento que el vapor empieza a salir arrimar el ringlete, tomar nota.
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. ¿Por qué gira el ringlete?
2. ¿Qué sucedería si se deja el sistema durante largo tiempo?
Investigue que aplicaciones mecánicas tiene el vapor.
Análisis de resultados
Conducción de calor en cuerpos sólidos
Materiales
Aparato de ingenhouz
Vaso de precipitados
Parafina
Plato calefactor
Mechero
Trípode
Tapa de gaseosa u otro recipiente metálico pequeño
Parafina
Procedimiento
1. Retirar las varillas de diferentes materiales del aparato
2. Colocar 200ml de agua en el trípode y el mechero
3. Derretir un trozo de parafina en la tapa gaseosa e introduzca la punta
superior de cada varilla en la parafina.
4. Insertar nuevamente las varillas en el aparato de ingenhouz(evitar
desprender la capa de parafina)
5. Agregar agua caliente al vaso y colocar la con varillas y termómetro,
observar.
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. ¿En qué orden se derrite la parafina en las diferentes muestras?
2. ¿Con qué material de las muestras usadas haría usted un termo? Explique
3. ¿Cómo se conduce el calor en las sustancias sólidas?
4. ¿Cuáles son las diferencias entre las diferentes formas de propagación de
calor?
Análisis de resultados
Estudio de la llama
Materiales
Vela
Fósforos
Mechero de alcohol
Procedimiento
Encender la vela y observar los colores de la llama, determinar las zonas de la
llama, a saber:
Zona oxidante(poco luminosa, muy caliente)
Zona reductora(brillante)
Zona oscura(temperatura baja)
Zona azul
Tabla de resultados
Operaciones
Solución de preguntas
1. ¿Por qué se desprende calor cuando arde una vela? Y ¿por qué una vela
necesita un fósforo o un encendedor para arder?
2. ¿Cuál es la función del fósforo?
3. ¿Cuál es la función de la mecha en la vela?
4. Después de analizar la llama de la vela y del mechero de alcohol, ¿puede
afirmar que son iguales?, ¿tienen las mismas zonas?
5. ¿En cuál de las zonas la combustión es completa? ¿por qué?
6. ¿Cuántos conos o zonas distinguió ?
Análisis de resultados
