PROYECTO LABORATORIO DE FISICA II EQUIPO AZUL

ESCUELA SUPERIOR DE FSICA Y MATEMTICASDEPTO. DE FSICAACADEMIA DE FSICA EXPERIMENTAL

LABORATORIO DE FSICA II

PROPUESTA DE PROYECTO:

CONSERVACION DE LA ENERGIA Y CALORIMETRIA

PROFESORA: DRA. ELVIA DAZ VALDS

ALUMNOS:ERICK MIGUEL DIAZ LOPEZJAVIER ALEXIS HERNNDEZ PIAFRANCISCO FIDEL MANZO CARBALLOHECTOR ALEJANDRO MIGUELES BAUTISTA

GRUPO: 2FM1 SECCIN B

EQUIPO AZUL

FECHA DE ENTREGA: 24/FEBRERO/ 2015

NDICE

Fundamento terico

La primera ley de la termodinmica..3

Capacidad calorfica y calor especfico4

Aplicaciones de la primera ley de la termodinmica.....6

Procesos adiabticos..6

Procesos isotrmicos..5

Procesos a volumen constante6

Calormetro..6

Experimento 1 (Conservacin de la energa y calorimetra)

Objetivo general...7

Material y equipo.7

Desarrollo experimental..8

Datos..8

Clculos9

Experimento 2 (Conservacin de la energa y calorimetra)

Objetivo general.11

Material y equipo...........11

Desarrollo experimental11

Datos12

Clculos..13

Anlisis de resultados.14

Interpretacin de resultados...14

Conclusiones15

FUNDAMENTO TERICO

LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICANos concentramos en un grupo especfico de partculas u objetos que definimos como nuestro sistema. Trazamos una frontera imaginaria que lo separa de su ambiente y luego explicamos rigurosamente todas las interacciones entre l y su entorno. Algunas veces, como en el caso de la conservacin del momento, describimos estas interacciones partiendo de las fuerzas. Otras veces es conveniente hacerlo en funcin de la transferencia de calor.

En un sistema termodinmico, donde la energa interna es el nico tipo de ella que puede tener, la ley de conservacin de la energa puede expresarse as:

Es la formulacin de la primera ley de la termodinmica.

Es la energa transferida (como calor) entre el sistema y su ambiente, debido a una diferencia de temperatura entre ellos. Una transferencia que se efecte enteramente dentro de la frontera del sistema no queda incluida en

Es el trabajo hecho en el sistema o por l mediante fuerzas que actan en su frontera. No se incluye el que realizan fuerzas que operan enteramente dentro de su frontera.

Es el cambio de energa interna que ocurre cuando se transfiere energa hacia el sistema o se extrae de l en forma de calor o de trabajo

Por convencin hemos decidido que sea positivo cuando se transfiera calor hacia el interior del sistema y que tambin lo sea cuando se efecta trabajo en l. Con tales convenciones, los valores positivos de y sirven para incrementar la energa interna del sistema*

*Algunos autores definen como positivo el trabajo hecho por el sistema y entonces la primera ley se escribira

Casi siempre los valores de y sern distintos segn el proceso que se escoja. Pero el experimento demuestra lo siguiente: aunque difieran individualmente, su suma es la misma en todos los procesos que conectan en un estado inicial al estado final. sta es la base experimental para considerar la energa interna como una verdadera funcin de estado, es decir, una propiedad tan intrnseca del sistema como la presin, la temperatura y el volumen.

La primera ley de la termodinmica en trminos formales:En todo proceso termodinmico entre los estados i(inicial) y f(final), la magnitud tiene el mismo valor para cualquier trayectoria en i y f. Esta cantidad es igual al cambio de valor de una funcin de estado llamada energa interna

CAPACIDAD CALORFICA Y CALOR ESPECFICOPodemos cambiar el estado de un cuerpo transfiriendo energa hacia l o desde l en forma de calor o realizando trabajo en el cuerpo. El cambio de temperatura , correspondiente a la transferencia de cierta cantidad de energa calorfica , depender de las circunstancias en que se lleva a cabo la transferencia.

Es til definir la capacidad calorfica como la razn de la cantidad de energa calorfica transferida al cuerpo en un proceso cualquiera a su cambio de temperatura correspondiente , esto es:

El trmino capacidad lo que en realidad indica es simplemente la energa por grado de cambio de temperatura del cuerpo. La capacidad calorfica por unidad de masa de un cuerpo, denominada capacidad de calor especfico, o simplemente calor especfico, caracteriza al material de que se compone:

La capacidad calorfica caracteriza a un cuerpo en particular, en tanto que el calor especfico caracteriza a una sustancia. Por una parte, hablamos de la capacidad del recipiente de cobre y, por otra, del calor especfico del cobre

Ni una ni otra propiedad son constantes; ambas dependen de la temperatura.

La tabla 23-2 contiene los valores de las capacidades de calor especfico de varias sustancias comunes, medidas en condiciones en presin constante

APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA

PROCESOS ADIABTICOSEn un proceso adiabtico el sistema est tan bien aislado que no entra ni sale calor, y entonces . En este caso la primera ley se expresa as:

PROCESOS ISOTRMICOSEn un proceso isotrmico, la temperatura permanece constante. Si el sistema es un gas ideal, la energa interna tambin deber permanecer constante. Con , la primera ley de la termodinmica nos da:

PROCESOS A VOLUMEN CONSTANTE.Si el volumen de un gas permanece constante, no se podra hacer trabajo alguno. En consecuencia, W=0, y la primera ley de la termodinmica nos da:

CALORMETRODEFINICINEl calormetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos.Funcionamiento bsicoSirve para determinar el calor especfico de un cuerpo, as como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calormetro de uso ms extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termmetro. Se coloca una fuente de calor en el calormetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termmetro.

Muchos calormetros utilizan el principio de carga dual, en el cual una absorbe mientras que la segunda acta como temperatura de referencia: mientras ms aumenta el calor, lo mismo pasa con la temperatura.El sensor de temperatura registra la diferencia entre las temperaturas de las dos cargas.

Cuando dos sistemas a diferentes temperaturas se ponen en contacto se transfiere energa en forma de calor del sistema ms caliente al ms fro. La unidad estndar para medir la transferencia de calor es la calora, que se define en su forma ms general como el aumento de energa requerido para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius. De la definicin de calora se ve que el calor especfico del agua es 1 .

Objetivo GeneralEstudiar la transferencia de energa en forma de calor.Experimento 12.1 CONSERVACION DE LA ENERGIA Y CALORIMETRIAObjetivos: En este experimento proponemos mezclar agua caliente y fra y determinar si la energa se conserva durante el proceso.2.1.9 Material y equipo Calormetro Agua 2 Termmetros Hornilla (para calentar el agua) 2 Nueces, y 2 soportes

1.1.2 Procedimiento experimental. Determine la masa de un calormetro vaco, Llnelo con agua fra hasta aproximadamente un tercio de su capacidad y determine la masa del calormetro con agua, Haga lo mismo con otro calormetro y agua caliente (aproximadamente 20C por encima de la temperatura ambiente) mida y , las temperaturas correspondientes. Inmediatamente despus aada el agua caliente al agua fra y revuelva con el termmetro hasta que se estabilice la temperatura. Anote la temperatura de la mezcla, Usando las siguientes ecuaciones calcule , el calor intercambiado por el agua caliente y fra respectivamente

De sus datos experimentales, concluye que se conserva la energa?

DatosDatos de Mediciones DirectasDefinicinIdentificacinIncertidumbre

Masa del calormetro con cinta

Masa del calormetro sin cinta

Datos de Mediciones VariablesPrimera medicin:DefinicinIdentificacinIncertidumbre

Masa del calormetro con cinta y agua caliente

Masa del calormetro sin cinta y agua fra

Temperatura del agua caliente

Temperatura del agua fra

Temperatura final de la mezcla

Clculos: Calculo de la masa del agua caliente

Calculo de la masa del agua fra

Calculo del calor del agua al calentarse

Calculo del calor del agua caliente al mezclar las 2 muestras

Calculo del calor del agua fra al mezclar las 2 muestras

Segunda medicin:DefinicinIdentificacinIncertidumbre

Masa del calormetro con cinta y agua caliente

Masa del calormetro sin cinta y agua fra

Temperatura del agua caliente

Temperatura del agua fra

Temperatura final de la mezcla

Clculos: Calculo de la masa del agua caliente

Calculo de la masa del agua fra

Calculo del calor del agua al calentarse

Calculo del calor del agua caliente al mezclar las 2 muestras

Calculo del calor del agua fra al mezclar las 2 muestras

Primera medicin:DefinicinIdentificacinIncertidumbre

Masa del calormetro con cinta y agua caliente

Masa del calormetro sin cinta y agua fra

Temperatura del agua caliente

Temperatura del agua fra

Temperatura final de la mezcla

Clculos: Calculo de la masa del agua caliente

Calculo de la masa del agua fra

Calculo del calor del agua al calentarse

Calculo del calor del agua caliente al mezclar las 2 muestras

Calculo del calor del agua fra al mezclar las 2 muestras

Experimento 22.1 CONSERVACION DE LA ENERGIA Y CALORIMETRIAObjetivos: En este experimento se medirn los calores especficos de algunos materiales (Metal, acrlico, polmero)2.1.1 Material y equipo Calormetro Agua Distintos materiales (cobre, vidrio y un acrlico.) 2 Termmetros Hornilla (para calentar el agua) 2 Nueces, y 2 soportes Pinzas(para poder material el metal caliente)2.1.2 Procedimiento experimental. Mida , que es la masa del calormetro (cuando este est seco y vaco), Se miden tambin para cada una de las muestras a usar. Coloque la muestra en cuestin en un bao trmico (agua hirviendo) hasta que est en equilibrio trmico a la temperatura . Llene otro calormetro hasta la mitad con agua fra y mida su temperatura . Inmediatamente despus saque la muestra del agua hirviendo, squela y suspndala en el agua fra (si es posible, sin que toque el fondo del calormetro). Mida la temperatura ms alta alcanzada. Demuestre que si se conserva la energa, se cumple lo siguiente:

Dnde: = Calor especifico de la muestra = Calor especifico del agua

2.1.3 Tablas de datosTabla de constantesDEFINICINIDENTIFICACININCERTIDUMBRE

Masa del Calormetro con cinta

Masa del Calormetro sin cinta

Masa de la Pieza de Vidrio

Masa de la pieza de Cobre

Masa de la Pieza de Acrlico

Tabla de Datos Variables.DEFINICINIDENTIFICACININCERTIDUMBRE

Masa del calormetro con agua(V) (sin cinta)

Temperatura Ambiente del Agua(V)

Temperatura del Vidrio en Bao Trmico(v)

Temperatura final del Vidrio

Masa del calormetro con agua(Cu) (Con cinta)

Temperatura Ambiente del Agua(Cu)

Temperatura del Cobre en Bao Trmico(Cu)

Temperatura final del Cobre

Masa del calormetro con agua(Ac) (sin cinta)

Temperatura Ambiente del Agua(Ac)

Temperatura del Acrlico en Bao Trmico(Ac)

Temperatura final del Acrlico

2.1.4 Observaciones del experimento.Al introducir las pinzas bajaba la temperatura e incluso en agua dejaba de hervir, esto debido a que el metal estaba muy frio2.1.5 ClculosAplicando la siguiente formula comprobamos que se cumpla la conservacin de la energa

Despejando

Donde NOTA: se realizaron estos clculos para todos los datos

Incertidumbre de los datos obtenidos:

Haciendo estos clculos para cada uno de los datos obtenidos resulta:

2.1.6 Tabla de resultadosCalores especficos experimentales

:

2.1.8 Anlisis y discusin de resultados. En este punto deben analizar sus grficas y sus resultados. Discutir el comportamiento de la grfica en relacin al experimento. Justificar sus resultados. Interpretacin de resultados. Es darle significado fsico a los nmeros que obtienen como resultados. Esto se realiza despus de analizar y discutir sus resultados. Aqu es importante enfatizar que si obtienen un nmero como resultado entonces reportan la interpretacin del mismo, pero si hay 20 nmeros como resultados entonces deben reportar la interpretacin de cada uno de esos 20 resultados. No se permite que formen bloques de resultados y que interpreten esos bloques.Interpretaciones por cada persona del equipo:INTERPRETACIONES EXPERIMENTO 1Interpretacin (Fidel): Dado que obtuvimos el mismo valor de calor en el agua, deducimos que la energa interna de la misma se conservaInterpretacin (Alejandro): la energa se conserva, si conseguimos que la masa se mantenga constante el valor del calor tambin lo har.Interpretacin (Javier): Pude observar a travs de este experimento como es que funcionaba la primera ley de la termodinmica y se cumpla de manera satisfactoria, esto basndome en que a la hora de realizar los clculos la energa se conservaba, esto con consideraciones mnimas.Interpretacin (Erick): Ya que el valor obtenido de calor de la mezcla de agua fra en comparacin de la mezcla de agua caliente con el agua que se calent es casi el mismo, se puede concluir que la energa interna se conserva, dando razn a la baja diferencia entre las energas internas, debido a la perdida de agua (vapor) y al trabajo no considerado. INTERPRETACIONES EXPERIMENTO 2Interpretacin (Fidel): Del hecho de que la energa interna se conserva, podemos obtener el calor especfico de distintos materiales al realizar este experimentoInterpretacin (Alejandro): La capacidad calorfica es una magnitud fsica que indica la capacidad de un material para almacenar energa interna en forma de calor. De manera formal es la energa necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de sustancia. Matemticamente el calor especfico es la razn entre la capacidad calorfica de un objeto y su masa.Interpretacin (Javier): Dado que el calor especfico caracteriza al material del que se compone, observ como es que, en efecto, ste calor especifico tiene una dependencia por parte de la masa y de una manera relativamente sencilla pudimos calcularlo, aunque al principio siento que tuvimos un poco de problema para comprenderlo, aunque pudimos superarlo.Interpretacion (Erick): Al considerar que la energa interna se conserva, y no considerar ningn trabajo, se logro obtener el calor especfico de ciertos materiales.CONCLUSIONES:Conclusiones (Fidel): Notamos que de los distintos materiales, los metales son los que ms fcilmente absorben y disipan calor, o bien, que su calor especifico es menor.Conclusiones (Alejandro): la energa se conserva y respecto al clculo de los calores especficos, los acrlicos tienen una mayor capacidad calorfica respecto al vidrio y el cobre, dicho de otra forma, pueden guardar ms energa interna, al ser un material hecho por el hombre se mejoran ciertas caractersticas.Conclusiones (Javier): LA primera ley de la termodinmica se cumple con base en el experimento 1, por otra parte, los calores especficos caracterizan a una sustancia, esto a partir de su masa, comprobado por el experimento 2. Conclusiones (Erick): La conservacin de la energa interna es un resultado muy til, y ms aun muy poderoso, ya que gracias a ello, no solo se puede explicar distintos resultados, sino, que se pueden realizar clculos y comprobaciones de manera simple. Es asombrosa la gran cantidad de resultados que se pueden obtener con dicha facilidad gracias a este resultado, empero, que sucedera si no fuera as, la conservacin de la energa, va mas all de simples usos que mejoren o faciliten los resultados, e investigaciones. Qu sucedera si la energa no se conservara?Ahora, del experimento, tambin se puede encontrar la razn de porque la utilizacin de metales en muchos aparatos elctricos, esto se debe a que, los metales absorben y disipan el calor con mayor facilidad que otros materiales.BIBLIOGRAFA:1. Fsica para estudiantes de ciencias e ingeniera, D. Halliday, R. Resnick y J. Walker, 4ta. ed. [Trad. de Fundamentals of Physics, John Wiley & Sons, Inc., New York (1993)]. Pgs.: (521,522,523,524,533,534 )2. http://www.equiposylaboratorio.com/sitio/contenidos_mo.php?it=3058