guia de experimentos

BOYLES LAW

PAGE Aplicaciones en Laboratorios

GUA DE EXPERIMENTOS

Experimento N 1 (Voltaje)

Produciendo Electricidad

Objetivo Determinar la combinacin de electrodos que produce la mayor diferencia de potencial en una clula electroqumica simple.Equipo Sensor de Voltaje NeuLog

PC y mdulo USB Materiales Limn o vinagre Cables rojo y negro con conectores tipo cocodrilo Electrodos a partir de elementos comunes: Carbn de un lpiz (C) Aluminio de papel aluminio (Al) Hierro de un clavo (Fe) Cobre de un cable elctrico (Cu)DiscusinLas bateras estn hechas de celdas electroqumicas. stas a menudo consisten de dos tipos diferentes de materiales dentro de una solucin llamada electrolito, conectados entre si a travs de un conductor. En este experimento, estudiaremos los principios bsicos acerca de las clulas electroqumicas usando cido ctrico como electrolito.Procedimiento

Configuracin del Experimento

Ensamble el sistema como se muestra en la fotografa. Los electrodos son: C, Fe, Cu y Al. Haga dos cortes separados en el limn (con 2 cm aproximadamente de separacin entre s). Si no dispone de un limn, puede usar vinagre en un vaso. Configuracin del Sensor

Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de Voltaje al mdulo USB. Conecte el conector cocodrilo del cable rojo al cable rojo del sensor de voltaje (ver fotografa). Conecte el conector cocodrilo del cable negro al cable negro del sensor de voltaje (ver fotografa). Asegrese que las conexiones roja y negra no se toquen (ver fotografa). Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto desplegar una grfica y una tabla.Pruebas y mediciones Inserte el lpiz (C) en uno de los cortes del limn y el clavo (Fe) en el otro corte. Conecte el conector cocodrilo libre rojo al lpiz y el conector cocodrilo libre negro al clavo.

Cuando se estabilice la lectura, haga clic en el icono Medicin nica para registrar la medicin en la tabla. Escriba en su tabla el nombre del electrodo para la medicin de voltaje. Quite el clavo e inserte el papel aluminio (Al). Conecte el conector cocodrilo negro al papel aluminio. Haga clic nuevamente en el icono Medicin nica para registrar la nueva medicin en la tabla y en la grfica. Quite el papel aluminio e inserte el cable de cobre (Cu). Conecte el conector cocodrilo negro al cable elctrico. Haga clic nuevamente en el icono Medicin nica para registrar la nueva medicin en la tabla y en la grfica. Tabla de datos:

Conector CocodriloVoltaje PromedioObservaciones

Extremo RojoExtremo Negro

CFe

CAl

CCu

Preguntas de Resumen1. Qu combinacin de electrodos da un mayor voltaje?2. De acuerdo a la primera respuesta, y a su propio criterio, qu combinacin sera la mejor celda electroqumica? Por qu?3. Escriba las ecuaciones qumicas que describen la generacin de voltaje (procesos de oxidacin-reduccin) para cada par de electrodos.

Investigacin de Desafo1. Invierta las terminales y repita el experimento. Saque conclusiones.Experimento N 2 (Voltaje)Celdas Fotovoltaicas

Objetivo

Estudiar el funcionamiento de las celdas solares. Investigar la correlacin entre la longitud de onda de luz y el voltaje fotovoltaico de salida.

Equipo Sensor de Voltaje NeuLog Sensor de Luz NeuLog PC y mdulo USB o visor grfico Unidad de batera Materiales

Una celda fotovoltaica (Celda FV).

Filtros de diferentes colores: rojo, amarillo y azul oscuro.

Discusin

El desarrollo de las Celdas Fotovoltaicas (o FV) es el campo de la tecnologa e investigacin relacionado con el uso de celdas solares para convertir energa solar directamente en energa elctrica. Algunos materiales poseen una propiedad conocida como efecto fotoelctrico que les permite absorber fotones de luz y liberar electrones. Estos electrones libres generan una corriente elctrica. Las celdas solares producen electricidad de corriente directa (DC); se puede usar un inversor para transformarla en electricidad de corriente alterna (AC). Esta electricidad se puede almacenar en bateras u otros mecanismos de almacenamiento para luego utilizarla en ausencia de energa solar.

El efecto fotoelctrico fue descubierto en 1839 por el fsico francs Edmund Bequerel, quien encontr que ciertos materiales producan pequeas cantidades de corriente elctrica cuando eran expuestos a la luz solar. En 1905, Albert Einstein describi la naturaleza de la luz y el efecto fotoelctrico, que es la base de la tecnologa fotovoltaica, y por ello luego gan el premio Nobel de fsica. Las celdas fotovoltaicas para aplicaciones prcticas (FV) fueron desarrolladas en 1954 como fuente de energa para juguetes. En 1958 fueron ampliamente aceptadas como parte del programa espacial despus del xito del satlite Vanguard I.

Las celdas solares se fabrican con el mismo tipo de materiales semiconductores como la silicona, que se usa en la industria de microelectrnica. Para las celdas solares, se utiliza una oblea fina de semiconductor especialmente tratada para crear un campo magntico con un lado positivo y un lado negativo. Cuando la energa lumnica choca con la celda solar, los electrones del material semiconductor son liberados de los tomos. Si se conecta conductores elctricos a los lados positivo y negativo formando un circuito elctrico, estos electrones se pueden capturar como corriente elctrica -- esto es, electricidad. Esta electricidad se puede usar luego como fuente de poder para una lmpara o una herramienta. En la primera parte de este experimento, mediremos el voltaje producido por una celda fotovoltaica al ser expuesta a una lmpara y a la radiacin solar. El poder de la celda solar es directamente proporcional al voltaje y la corriente.En la segunda parte investigaremos la correlacin entre la longitud de onda de la luz y el voltaje fotovoltaico producido, usando filtros de diferentes colores.Procedimiento


Ensamble el sistema como se muestra en la fotografa.

Conecte el cable rojo del sensor de voltaje al conector rojo de la celda FV y el cable negro del sensor de voltaje al conector negro de la celda FV.

Para experimentos en el interior use una lmpara para activar la celda FV. Coloque el sensor de luz frente a la fuente de luz. Configuracin del Sensor para mediciones en el interior: Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte los sensores de voltaje y de luz al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la duracin del experimento en 10 segundos y la velocidad de muestreo en 10 por segundo.

Pruebas y mediciones Coloque la lmpara sobre la celda FV.

Sostenga el sensor de luz frente a la fuente de luz. Haga clic sobre el icono medir para iniciar la medicin para ambos sensores, luz y voltaje. Haga clic en el icono Funciones y seleccione Estadstica. Seleccione el voltaje en el men desplegable que se abre al hacer clic en la flecha y luego haga clic en el icono calcular funcin para llevar a cabo el clculo del promedio. Escriba el resultado en la tabla de datos Interior. Repita para el promedio de la medicin de luz. Repita los pasos 8-10 dos veces y compare los resultados.

Efecto de la longitud de onda, Coloque un filtro de color sobre el sensor de luz, incline el sensor hacia la lmpara y haga clic sobre el icono medir para iniciar la medicin.

Calcule el promedio de la intensidad de luz tal como el paso 10 y registre el valor en la tabla de datos. Coloque el mismo filtro de color sobre la celda FV y haga clic sobre el icono medir para iniciar una nueva medicin. Calcule el promedio de la intensidad de luz tal como en el paso 10 y registre el valor en la tabla de datos.

Aplique los pasos 12-15 para cada filtro de color. Configuracin del Sensor para mediciones al aire libre:

Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte los sensores de voltaje y de luz al mdulo USB. Como esta actividad usa radiacin solar, se debe realizar al aire libre. Por ello, usaremos el modo Fuera de lnea para programar los sensores. Haga clic en el cono Fuera de lnea en la barra de men principal de NeuLog. Haga clic en el botn de configuracin de la caja del modulo del sensor para abrir la ventana de dilogo. Configure el tiempo de medicin en 10 segundos para el sensor de luz y luego repita para el sensor de voltaje. Desconecte los sensores del mdulo USB.

Conecte los sensores a la unidad de batera.Pruebas y mediciones Incline la celda FV apuntando hacia el sol. Sostenga el sensor de luz en el mismo ngulo.

Comience la medicin presionando los botones comenzar/detener de los sensores. Los datos de intensidad de luz y voltaje se guardan automticamente. Repita los pasos 22- 23 dos veces ms y compare los resultados. Usted puede guardar hasta 5 experimentos en la memoria de los sensores al usar el modo fuera de lnea. Al finalizar el experimento al aire libre, conecte los sensores nuevamente al mdulo USB y descargue los datos a la computadora como sigue: Haga clic en el icono cargar medicin en la barra secundaria para abrir una ventana con varias opciones. Seleccione Experimentos. Esto abre la ventana: "cargar nmero de experimento". Ahora usted puede cargar hasta cinco mediciones a la PC (las que fueron guardadas en la memoria de los sensores).

Haga clic en el icono dentro de la ventana "cargar nmero de experimento" para cargar cada experimento. Para cada medicin y cada sensor, calcule el promedio de la intensidad de luz tal como en el paso 10 y registre el valor en la tabla de datos al aire libre.

Efecto de la longitud de onda

Coloque un filtro de color sobre el sensor de luz, incline el sensor hacia el sol.

Comience la medicin presionando los botones comenzar/detener de los sensores. Coloque el mismo filtro de color sobre la celda FV e incline el sensor hacia el sol. Comience la medicin presionando los botones comenzar/detener de los sensores Aplique los pasos 28-30 para cada filtro de color.

Al finalizar los experimentos al aire libre, conecte los sensores nuevamente al mdulo USB y baje los datos a la computadora como en los pasos 26-27.

Para cada medicin y cada sensor calcule el promedio de la intensidad de luz tal como en el paso 10 y registre el valor en la tabla de datos al aire libre.

Aplique los pasos 29-35 para cada filtro de color.

Tablas de datos:

Voltaje FV en el interiorVoltajeIluminacin (lux)

1

2

3

Promedio

FV Efecto de Longitud de OndaVoltajeIluminacin (lux)

Sin Filtro

Filtro Amarillo

Filtro Rojo

Filtro Azul

Voltaje FV al aire libreVoltajeIluminacin (lux)

1

2

3

Promedio

Efecto FV de Longitud de OndaVoltajeIluminacin (lux)

Sin Filtro

Filtro Amarillo

Filtro Rojo

Filtro Azul

Preguntas de Resumen1. Calcule los valores promedio de voltaje e iluminacin para los experimentos en el interior y al aire libre.

2. Cul es la diferencia den voltaje producido para cada medicin y para cada filtro?

3. Qu color produjo el mayor nivel de poder de salida? Qu color produjo el menor nivel de poder de salida?Investigacin de Desafo1. Determine el efecto de la cantidad de luz sobre la salida de voltaje en una celda FV.2. Qu podemos concluir respecto al efecto de la longitud de onda sobre la salida de voltaje?

Experimento N 3 (Conductividad)

Propiedades de las Soluciones (Electrolitos)

Objetivo

Medir la conductividad de soluciones.

Escribir ecuaciones para la disociacin de compuestos en agua.

Determinar cules molculas o iones son responsables de la conductividad de soluciones.

Equipo

Sensor de Conductividad NeuLog

PC y mdulo USB Materiales

Vasos desechables

Cucharitas desechables

Agua destilada

Base con abrazadera

0.05 M de los siguientes compuestos: NaCl, CaCl2, HCl, C2H5OH (etanol) y azcar

Lentes de seguridad

Papel absorbente

Discusin

Seguramente le han advertido de pararse sobre agua durante una tormenta elctrica, o de mantener los aparatos elctricos lejos del fregador o la baera. Pero, saba usted que la conductividad elctrica del agua pura no es buena? Los materiales disueltos en el agua son los que conducen la electricidad.La mayora de los cuerpos de agua incluso el agua de la llave contienen electrolitos, compuestos que se ionizan en el agua, produciendo una solucin que conduce electricidad.

La habilidad de una solucin de conducir electricidad (su conductividad) se mide con un aparato llamado conductmetro.Las lecturas de conductividad se usan para estimar la cantidad de electrolitos disueltos en el agua y por ende indicar cun limpia es una muestra de agua purificada. Las lecturas de conductividad se usan en las plantas de tratamiento de agua para graduar la calidad del agua (llamada "Slidos disueltos totales") para determinar si es apropiada para el consumo humano.

Las sustancias electrolticas se clasifican como fuertes o dbiles, de acuerdo a qu tan rpido se disocian en iones conductores. Mientras ms fuerte es un electrolito, mayor es su conductividad..

En este experimento, descubriremos algunas propiedades de los electrolitos fuertes y dbiles y de no-electrolitos, al observar el comportamiento de substancias en soluciones acuosas. Observaremos diversos factores que determinan si una solucin conduce electricidad y la magnitud relativa de esa conductividad.

Las caractersticas de los tres tipos de electrolitos son:

Electrolito fuerte usualmente compuestos inicos: un electrolito fuerte se disocia o ioniza completamente o casi completamente para formar iones mviles libres en la solucin o un material fundido. A mayor disponibilidad de iones mviles libres en un electrolito, mayor su capacidad de llevar o conducir corriente.

Ejemplo: NaCl ( Na+ + Cl-

Electrolito dbil se disuelve parcialmente, la mayora son cidos moleculares, (algunos cidos moleculares son fuertes).

No-electrolito la mayora de los compuestos moleculares: no se disocian para formar iones y por ende no conducen electricidad. Por ejemplo, etanol: C2H5OH(l) ( C2H5OH(aq).

Procedimiento


1. Sostenga el sensor usando la base y la abrazadera.

2. Prepare las soluciones como sigue:

Disuelva 0.5 gramos (un cuarto de cucharita) de sal NaCl en 10 ml de agua destilada; esta solucin es 1 M. Tome 1 ml de la solucin 1M y agregue 20 ml de agua destilada para producir la solucin 0.05 M necesaria.

Disuelva 1 gramo (media cucharita) de sal CaCl2 en 10 ml de agua destilada; esta solucin es 1 M. Tome 1 ml de la solucin 1M y agregue 20 ml de agua destilada para producir la solucin 0.05 M necesaria

Disuelva 1 ml HCl 1 M en 20 ml de agua destilada para producir la solucin 0.05 M necesaria.

Disuelva 1 ml de Etanol (concentrado) en 20 ml de agua destilada para producir la solucin 0.05 M necesaria.

Disuelva 3.5 gramos (dos cucharitas) de azcar en 10 ml de agua destilada; esta solucin es 1 M. Tome 1 ml de la solucin 1M y agregue 20 ml de agua destilada para producir la solucin 0.05 M necesaria.Configuracin del Sensor

Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de conductividad al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto despliega una tabla de datos; cambie el nombre de la columna "Valores Manuales" a "Muestra" (haciendo clic en el titulo, podr cambiarlo) y configura el sensor a s/cm.Pruebas y mediciones

Introduzca el sensor de conductividad en el vaso con agua destilada. Asegrese de que el sensor est completamente sumergido en la solucin a ser probada. La lectura en la ventana del mdulo del sensor a la izquierda de la pantalla debe indicar que no hay conductividad (lectura baja cercana a cero).

Despus de cada medicin, lave cuidadosamente con agua el sensor de conductividad.

Mida la conductividad del agua destilada. Cuando la lectura se haya estabilizado, haga clic en el icono medicin nica . Escriba el nombre de la muestra en su tabla.

Mida la conductividad de cada solucin como sigue:

Revuelva el contenido del vaso. Sumerja el sensor y espere que se estabilice la lectura de conductividad; haga clic en el icono medicin nica y escriba el nombre de la muestra en su tabla. Entre soluciones, recuerde lavar el sensor con agua destilada y secarlo con papel absorbente.

Guarde los datos al final del experimento.

Tabla de Datos:

Solucin

Conductividad (S/cm)

Agua destilada

Agua de la llave

HCl

C2H5OH

Azcar

NaCl

CaCl2

Preguntas de Resumen

1. Basado en la conductividad observada, puede usted definir los grupos de electrolitos?

2. Escriba una ecuacin para la disociacin de cada compuesto.

3. Basado en la disociacin, puede usted explicar la diferencia en conductividad?

Investigacin de Desafo

3. Cmo explica usted la alta conductividad del agua de la llave comparada con la cero conductividad del agua destilada?

Experimento N 4 (Conductividad)

Conductividad de Soluciones

Objetivo

Estudiar la relacin entre conductividad y concentracin de soluciones.

Equipo

Sensor de Conductividad NeuLog


Vaso de 100 ml

Agua destilada Base con abrazadera 1 M de los siguientes compuestos: NaCl y CaCl2 Papel absorbenteDiscusin

La habilidad de una solucin de conducir electricidad (su conductividad) se mide con un aparato llamado conductmetro. Las lecturas de conductividad se usan para estimar la cantidad de electrolitos disueltos en el agua y por ende, indicar cun limpia es una muestra de agua purificada. Las lecturas de conductividad se usan en las plantas de tratamiento de agua para graduar la calidad del agua (llamada "Slidos disueltos totales") para determinar si es apropiada para el consumo humano.

Las sustancias electrolticas se clasifican como fuertes o dbiles, de acuerdo a cuan rpido se disocian en iones conductores. Mientras ms fuerte es un electrolito, mayor su conductividad.Al disolver cloruro de sodio en agua se liberan iones de acuerdo con la ecuacin:

NaCl (S) ( Na+(aq) + Cl-(aq)

Usaremos un sensor de conductividad para medir la conductividad de soluciones.

En este experimento estudiaremos el efecto del aumento de la concentracin sobre la conductividad. Mediremos la conductividad a medida que la concentracin de una solucin aumenta gradualmente por la adicin de gotas concentradas de NaCl. Usaremos el mismo procedimiento para investigar el efecto de agregar soluciones con la misma concentracin (1.0 M), pero diferente nmero de iones en sus frmulas, como: Cloruro de Calcio, CaCl2.

Procedimiento


Sostenga el sensor de conductividad con la abrazadera de la base como se aprecia en la fotografa.

Agregue 70 ml de agua destilada en un vaso limpio de 100-ml y colquelo frente al sensor.

Prepare las soluciones como sigue:

disuelva aproximadamente 1 gramo (media cucharita) de sal NaCl en 20 ml de agua destilada para 1 M NaCl .

- disuelva aproximadamente 2 gramos (1 cucharita) de sal CaCl2 en 20 ml de agua destilada para 1 M CaCl2.Configuracin del Sensor

Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de conductividad al mdulo USB.

Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto despliega una tabla de datos; cambie el nombre de la columna "Valores Manuales" a "Muestra" (haciendo clic en el titulo, podr cambiarlo) y configura el sensor a s/cm.Pruebas y mediciones Introduzca el sensor de conductividad en el vaso con agua destilada. Asegrese de que el sensor este completamente sumergido en la solucin a ser probada. La lectura en la ventana del mdulo del sensor a la izquierda de la pantalla debe indicar que no hay conductividad (lectura baja cercana a cero). Despus de cada medicin, lave cuidadosamente con agua el sensor de conductividad. Mida la conductividad del agua destilada. Cuando la lectura se haya estabilizado, haga clic en el icono medicin nica . Escriba el valor de conductividad como referencia de 0 iones agregados.

Agregue la solucin de sal, una gota a la vez, midiendo la conductividad para cada gota agregada como sigue:

Agregue 1 gota de NaCl 1M al agua destilada. Revuelva el contenido del vaso. Sumerja el sensor de conductividad y una vez que la lectura de conductividad se estabilice haga clic en el icono medicin nica . Registre el valor en su tabla. Contine gota a gota hasta un total de 7 gotas agregadas.

Lave el sensor con agua destilada y squelo con papel absorbente.

Guarde los datos.

Genere una grfica de la concentracin contra el volumen. Haga clic en el icono de configuracin del Experimento luego clic en Grfica XY . Si usted escoge la opcin "Sensor", podr cambiar el eje X en su grfica a "Volumen" presionando la flecha desplegable

Calcule el valor de la pendiente. Haga clic en el icono Funciones ; haga clic en la opcin funciones y seleccione Ajuste Lineal en el segundo men desplegable. Haga clic en calcular funcin . Observe en la ventana la formula con el mejor ajuste lineal. Registre el valor de la pendiente en su tabla de datos. Repita los pasos 7-15, usando esta vez una solucin de CaCl2 de 1 M en el paso 11.

Tabla de datos:

Solucin

Volumen en # de gotasConductividad (S/cm) NaCl

Conductividad

(S/cm) CaCl2

0

1

2

3

4

5

6

7

Solucin

Pendiente

1 M NaCl

1 M CaCl2


1. Describa la apariencia de cada curva de concentracin contra volumen en sus grficas.

2. Escriba la ecuacin qumica para la disociacin de NaCl y CaCl2 en agua.3. Describa el cambio en conductividad a medida que la concentracin de la solucin aumenta al agregar gotas de NaCl. Qu tipo de relacin matemtica parece existir entre la conductividad y la concentracin? Investigacin de Desafo1. Cul grfica tiene el mayor valor de pendiente? El menor? Cmo todas las soluciones tenan la misma concentracin original (1.0 M), Cmo se explica la diferencia en la pendiente de las dos grficas? Explique.

Experimento N 5 (pH)

cidos y Bases en el Hogar

Objetivo

Determinar los valores de pH de sustancias comunes.

Equipo

Sensor de pH NeuLog


Sustancias comunes: agua de la llave, vinagre, bebida gaseosa, amonaco, etc.

Vasos de cartn

Agua destilada o de la llave

Base de anillo con abrazadera

Discusin

Muchas sustancias comunes en el hogar contienen cidos y bases. La acidez de una solucin se puede expresar usando la escala de pH. Las soluciones cidas tienen valores de pH menores a 7, las soluciones bsicas tienen valores de pH mayores a 7, y las soluciones neutras tienen un valor de pH igual a 7.

En este experimento, usaremos un sensor de pH para determinar los valores de substancias comunes del hogar tales como jugo de limn, vinagre, gaseosa, caf negro, agua de la llave, leche, solucin jabonosa y bicarbonato de soda.

Procedimiento


Advertencia: Por favor observe que la parte inferior del sensor de pH consiste en una frgil esfera de cristal. Aunque tiene una proteccin plstica, tenga cuidado de no romperla.

Tome el electrodo de pH y desatornille la tapa de la solucin de almacenaje. Levante el electrodo y deje la solucin a un costado.

Configuracin del Sensor

Conecte el mdulo USB a la computadora.

Conecte el sensor de pH al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto despliega una tabla para los resultados. Coloque el electrodo de pH en la base. Inserte el electrodo de pH en el vaso con agua destilada (o de la llave).

Pruebas y mediciones

Haga clic sobre el icono medir para iniciar la medicin. Para calibrar el electrodo, insrtelo en agua destilada: pH=7 (Si no hay agua destilada disponible, se puede usar agua de la llave). Permita que la lectura se estabilice; luego presione el botn en la caja del electrodo durante tres segundos hasta que el valor de pH llegue a 7 en el visor. Alternativamente, usted puede hacer clic en el icono de calibracin en el software. Encontrar este cono en la caja de dilogo que se abre al hacer clic en el icono de configuracin del mdulo de la caja del mdulo del sensor en la pantalla.

Coloque la misma cantidad de lquido, 20 ml, de cada sustancia en vasos separados.

Introduzca el electrodo de pH en cada solucin, espere hasta que se estabilice el pH y haga clic en el icono de medicin nica. Recuerde tener siempre un vaso con agua de la llave para enjuagar el electrodo antes de insertarlo en una nueva solucin. Despus de cada medicin, espere a que la lectura se estabilice y anote en la tabla el pH de cada solucin. Al final del experimento, enjuague el electrodo de pH nuevamente, introduzcalo en la solucin de remojo y atornille la tapa de regreso a su lugar. Recoleccin de datos:

SolucinpH

Agua de la llave

Vinagre

Bebida gaseosa

Jugo de limn

Leche

Solucin jabonosa

Bicarbonato de soda

Caf negro


1. De las soluciones examinadas, cules son cidas?

2. Cules son bsicas?


1. Mezcle dos o ms soluciones acidas y observe como esto afecta el pH.

2. Mezcle una solucin cida con una solucin bsica. Observe como esto afecta al pH de la mezcla.


Lluvia cida

Objetivo

Estudiar el fenmeno de lluvia cida.

Equipo

Sensor de pH NeuLog


Agua

Vinagre (CH3COOH)

Bicarbonato de Sodio (NaHCO2) Generador de Gas (envase con tapa, embudo y manguera lateral)

Vaso de cartn

Discusin

La lluvia cida es un fenmeno asociado al desarrollo de las reas urbanas e industriales. Consiste en la incorporacin al agua de lluvia de compuestos qumicos como el dixido de carbono, azufre y xidos nitrosos. Estos compuestos son emitidos por los gases de combustin de vehculos, fbricas y centrales termoelctricas. Cuando estos xidos entran en contacto con la humedad de la atmsfera, son transformados en agentes secundarios contaminantes que forman soluciones de cido carbnico, sulfrico y ntrico. La lluvia arrastra estos compuestos a la superficie terrestre, depositndolos en el suelo y en cuerpos de agua.

La cada persistente de lluvia cida daa lagos, ros y aguas subterrneas, causando la muerte de peces y otros organismos en los ecosistemas acuosos. sta acidifica y desmineraliza los suelos, daa bosques, parques y reservas nacionales y disminuye la produccin de los cultivos. Adems, la acidez del agua deteriora zonas arqueolgicas, monumentos histricos, edificios y estructuras metlicas. La dimensin del dao depende del grado de acidez.

En este experimento, produciremos uno de los gases responsables de la lluvia cida - CO2 y cuantificaremos la variacin en el pH inducido en el agua, cuando ste se disuelve.

CO2 y H2O (agua) crean cido H2CO3 de acuerdo a la siguiente frmula:

CO2 + H2O => H2CO3Procedimiento


Advertencia: Por favor observe que la parte inferior del sensor de pH consiste en una frgil esfera de cristal. Aunque tiene una proteccin plstica, tenga cuidado de no romperla. Monte un sistema como el que aparece en la figura de abajo.

Coloque un vaso con 100 ml de agua frente a la base. Agregue una cucharada de bicarbonato de sodio (aproximadamente 10 gramos) al frasco del generador de gas y cierre bien la tapa.

Inserte la manguera del generador de gas dentro del agua.

Configuracin del Sensor Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de pH al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la grfica, el tiempo de medicin en 5 minutos y la velocidad de muestreo en 10 mediciones por segundo.

Coloque el electrodo de pH en la abrazadera de la base.

Inserte el electrodo de pH en el vaso.Pruebas y mediciones

Haga clic en el icono medir para iniciar la medicin. Permita que el pH se estabilice. Sin detener la medicin, lentamente agregue aproximadamente 50 ml de vinagre a travs del embudo. Revuelva girando el generador de gas cada cierto tiempo.

Usted debe poder ver burbujas de gas en el agua.

Observe los cambios en el pH.


1. Agregamos gas al agua. Qu le ocurre al agua? Se mantiene igual? Se pone ms cida o ms bsica de acuerdo con las lecturas de pH?

2. Cambia el nivel de pH durante el experimento?


4. Cules son los agentes contaminantes primarios que originan la lluvia cida?

5. Desarrolle la ecuacin de la reaccin qumica del cido actico y la solucin de bicarbonato de sodio.

6. Desarrolle la reaccin qumica de la lluvia cida de trixido de azufre ms agua.

7. Desarrolle la reaccin qumica de los resultados de esta actividad.

8. Cul fue el nivel de pH obtenido en los resultados?

9. Investigue las alteraciones en el medio ambiente producidas por la lluvia cida.

10. Analice y saque conclusiones.


Accin de una Solucin Amortiguadora

Objetivo

Investigar la accin de una solucin amortiguadora.

Equipo

Sensor de pH NeuLog


Vaso de precipitado de 20 ml

Alka Seltzer amortiguador

Base con abrazadera

Goteros

Soluciones 1 M de NaOH y HCl

(Alternativamente se pueden usar sustancias comunes en el hogar como vinagre y amonaco)

Botella y papel absorbente

Varilla para revolver

Anteojos de seguridad

Discusin

En qumica, un amortiguador es un sistema, usualmente una solucin acuosa, que resiste el cambio de pH cuando se le agrega un cido o una base.

Las soluciones amortiguadoras se usan como un medio para mantener el pH en un valor relativamente constante en una gran variedad de aplicaciones qumicas. Muchos organismos solo pueden vivir en un rango limitado de pH. Un ejemplo de una solucin amortiguadora es la sangre.

Una solucin amortiguadora contiene un cido dbil y una sal del mismo cido o una base dbil y una sal de la misma base y posee la propiedad de reaccionar tanto con cidos como con bases. En esta actividad descubriremos las principales caractersticas de dichas mezclas. La primera parte del experimento nos permitir estudiar cmo el agua reacciona frente a la adicin de un cido o una base. En la segunda parte, el experimento se repetir usando esta vez una solucin acuosa con un amortiguador (Alka Seltzer).Procedimiento Configuracin del Experimento

Advertencia: Por favor observe que la parte inferior del sensor de pH consiste en una frgil esfera de cristal. Aunque tiene una proteccin plstica, tenga cuidado de no romperla. Monte un sistema como el que aparece en la figura de abajo.

Vierta 15 ml de agua en un vaso de precipitado limpio. Coloque el vaso de precipitado frente a la base.

Saque el electrodo de pH y desatornille la tapa de la solucin de almacenaje. Eleve el electrodo y deje de lado la solucin.Configuracin del Sensor Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de pH al mdulo USB. Calibre el sensor de pH insertndolo en agua destilada: pH=7 (si no dispone de agua destilada, puede usar agua de la llave). Permita que el pH se estabilice. Registre el valor inicial del pH del agua destilada o de la llave el cual debe ser cercano a 7. Si no lo es, presione el botn en la caja del electrodo durante tres segundos hasta que el valor del pH llegue a 7 en la caja del mdulo del sensor a la izquierda de la pantalla. Alternativamente, usted puede hacer clic en el icono de calibracin en el software. Encontrar este icono en el cuadro de dilogo que se abre cuando se hace clic en el icono de configuracin del mdulo de la caja del mdulo del sensor en la pantalla.

Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la grfica y el tiempo de medicin en 3 minutos. Coloque el electrodo de pH en la abrazadera de la base.

Inserte el electrodo de pH en el vaso de precipitado.Pruebas y mediciones

Haga clic en el icono medir para iniciar la medicin. Permita que el pH se estabilice. Sin detener la medicin, agregue a su muestra 1 ml de cido clorhdrico (HCl) con un gotero y revuelva lentamente. Espere hasta el final de la medicin. Guarde la grfica.

Lave con agua el vaso de precipitado y el electrodo. Vierta 15 ml de agua en el vaso de precipitado limpio e inserte el electrodo de pH. Haga clic en el cono medir para iniciar la medicin.

Permita que el pH se estabilice. Sin detener la medicin, agregue a su muestra 1 ml de hidrxido de sodio (NaOH) con un gotero y revuelva lentamente. Espere hasta el final de la medicin. Guarde la grfica.

Observe los cambios en el pH en ambos casos. Lleve a cabo los mismos dos experimentos esta vez usando agua con un amortiguador. En cada experimento, agregue medio Alka Seltzer al agua. Espere hasta que se disuelva bien y repita los pasos 7-14. Guarde las grficas.Preguntas de Resumen

1. Observe las cuatro grficas obtenidas y describa en detalle lo ocurrido con el pH en cada caso.2. Investigue cuales son los dos componentes qumicos que se necesitan para producir un amortiguador.3. Describa en trminos qumicos como funciona un amortiguador.Investigacin de Desafo

1. Investigue cul es la diferencia entre una medicina amortiguadora y un anticido.2. Investigue cul es la importancia de las soluciones amortiguadoras.Experimento N 8 (pH)

Titracin cido-Base

Objetivo

Observar el cambio de pH al agregar una base a una solucin cida.

Generar una grfica de pH en funcin del volumen de la solucin NaOH agregada.

Determinar el punto de equivalencia de la titracin.Equipo

Sensor de pH NeuLog



Base con abrazadera

0.1 M de NaOH

1 M de HCl

Una bureta con abrazadera

Papel absorbente

Lentes de seguridad

Discusin

La titracin es una herramienta analtica para determinar la concentracin de una solucin cida o bsica. Se basa en el proceso de neutralizacin. La neutralizacin ocurre cuando el ion hidronio de un cido interacta con un ion hidrxido de una base, uno a uno, formando agua en el proceso. Una sal siempre es un sub-producto de este tipo de reaccin. La titracin es la adicin progresiva de un cido a una base o vice-versa, para alcanzar la neutralizacin. El punto en el cual el cido y la base estn en cantidades equivalentes se denomina punto final.

En este experimento titraremos una solucin de cido hidroclrico, HCl, con una solucin bsica de hidrxido de sodio, NaOH. La concentracin del NaOH est dada y debemos determinar la concentracin de HCl. Los iones de Hidrgeno del HCl reaccionan con los iones hidrxido del NaOH en una relacin uno a uno produciendo agua en la reaccin general.

H+(aq) + Cl(aq) + Na+(aq) +OH(aq) H2O(l) + Na+(aq) + Cl(aq)

Al inicio del experimento, el pH de la solucin cida es bajo. A medida que agregamos la base, el pH gradualmente sube hasta alcanzar el punto de equivalencia. Si agregamos ms base cerca del punto de equivalencia, el pH aumenta rpidamente y luego cambia gradualmente otra vez.

Procedimiento


Advertencia: Por favor observe que la parte inferior del sensor de pH consiste en una frgil esfera de cristal. Aunque tiene una proteccin plstica, tenga cuidado de no romperla. Ensamble un sistema como el que aparece en la foto.

Vierta 20 ml de agua y 1 ml de1M HCl en el vaso de precipitado limpio. Coloque el vaso de precipitado frente a la base.

Prepare una solucin diluida de NaOH mezclando 1 ml 1M NaOH y 9 ml de agua en un vaso desechable separado. Coloque la bureta en la base con abrazadera especial para bureta. Llene la bureta con la solucin 0.1 M NaOH hasta la marca 0.0 ml.Configuracin del Sensor Conecte mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de pH al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto despliega una tabla de datos.

Haga clic en el nombre de la columna Valores Manuales en la tabla y cambie el ttulo a "Volumen.

Para calibrar el sensor, Inserte el electrodo de pH en agua destilada (o agua de la llave). Permita que el pH se estabilice. Registre el valor inicial de pH del agua destilada o de la llave el cual debe ser cercano a 7. Si no lo es, presione el botn en la caja del electrodo durante tres segundos hasta que el valor del pH llegue a 7 en la caja del mdulo del sensor a la izquierda de la pantalla. Alternativamente, se puede hacer clic en el icono de calibracin en el software. Encontrar este icono en el cuadro de dilogo que se abre al hacer clic en el icono de configuracin del mdulo en la caja del mdulo del sensor en la pantalla.

Coloque el sensor de pH en la base.

Inserte el electrodo de pH en el vaso de precipitado.Pruebas y mediciones

Permita que el pH se estabilice.

Cuando la lectura sea estable, haga clic en el icono Medicin nica . Escriba el valor de 0 ml en la columna volumen de su tabla.

Comience la titracin agregando cada vez 0.5 ml de la solucin de NaOH usando la bureta. Mida el pH cada vez haciendo clic en el icono Medicin nica . Permita que el pH se estabilice entre mediciones.

La nueva lectura de pH aparecer en la tabla despus de cada medicin; escriba el volumen agregado al lado del valor de pH

Cuando el valor de pH sea cercano a 3.5 comience a agregar una gota (en vez de 0.1 ml). Haga clic en el cono Medicin nica despus de cada gota para hacer una nueva medicin. Escriba el volumen agregado al lado del valor de pH en la tabla.

Cuando el pH sea mayor que 9, vuelva a agregar 0.1 ml de la solucin NaOH y contine las mediciones de pH como antes. Siga agregando la base hasta que los valores de pH sean constantes.


1. Grafique una grfica de pH en funcin del volumen de NaOH agregado en la titracin. Haga clic en el icono de Parmetros del Experimento y luego haga clic en la opcin Grfica XY. Seleccione el botn Sensor. Esto permite cambar la X en su grfica a Volumen" usando la flecha desplegable.2. Siga la grfica y encuentre el volumen de NaOH usado en la titracin. Tambin encuentre el volumen en el cual ocurri el salto ms grande de pH. Se puede usar el icono Cursores. Los valores en la esquina inferior izquierda de la grfica indican la X y la Y para cada cursor y la diferencia entre X1 y X2 y entre Y1 e Y2.

3. Calcule el volumen de NaOH agregado para alcanzar el punto de equivalencia. Para ello, encuentre el volumen antes y despus del salto, agrguelos y divida entre dos.Investigacin de Desafo

1. Calcule la cantidad de moles de NaOH agregados para alcanzar el punto final.

2. Pudo determinar la concentracin de cido en el vaso de precipitado?3. Usted puede repetir el experimento con una concentracin diferente de HCl.Experimento N 9 (pH)

Tabletas de Vitamina C con Amortiguador

Objetivo

Estudiar una solucin amortiguada, observando el valor del pH de dos tipos diferentes de tabletas de vitamina C, en un perodo de tiempo de quince minutos.

Comparar el comportamiento de una tableta de vitamina C con amortiguador con una tableta de vitamina C normal, cuando ambas son disueltas en agua destilada.

Equipo

Sensor de pH NeuLog

PC y mdulo USB o visor grfico

Materiales

Dos tipos diferentes de tabletas de vitamina C de 500 mg, una normal y una con amortiguador

Dos vasos desechables Agua destilada o de la llave Base con abrazadera

Discusin

En qumica, un amortiguador es un sistema, usualmente una solucin acuosa, que resiste el cambio de pH cuando se le agrega un cido o una base. Las soluciones amortiguadoras se usan como un medio para mantener el pH en un valor relativamente constante en una gran variedad de aplicaciones qumicas. Muchos organismos solo pueden vivir en un rango limitado de pH. Un ejemplo de una solucin amortiguadora es la sangre.

Existen dos tipos comunes de soluciones amortiguadoras: aquellas que contienen un cido dbil y una sal del mismo cido (ej. cido actico ms acetato de sodio) y soluciones que contienen una base dbil y una sal de la misma base (ej. amonaco ms cloruro de amonio).

Hay equilibrio en una solucin entre un cido dbil, HA, y su base conjugada, A-:

HA + H2O H3O+ + A

Cuando se agregan iones de hidrgeno (H+) a la solucin, el equilibrio se mueve hacia la izquierda, por la presencia de iones de hidrgeno (H+ o H3O+) en el lado derecho de la expresin de equilibrio.

Cuando se agregan iones de hidrxido (OH-) a la solucin, el equilibrio se mueve hacia la derecha, a medida que se remueven iones de hidrgeno en la reaccin (H+ + OH- H2O).

Entonces, en ambos casos, algo del reactivo agregado se consume cambiando el equilibrio de acuerdo con el Principio de Le Chatelier y el pH cambia en menor medida que lo que cmabiara si la solucin no fuera amortiguadora.

En este experimento usaremos un sensor de pH para seguir el comportamiento de tabletas de vitamina C normales comparndolas con tabletas de vitamina C con amortiguador.

Procedimiento


Advertencia: Por favor observe que la parte inferior del sensor de pH consiste en una frgil esfera de cristal. Aunque tiene una proteccin plstica, tenga cuidado de no romperla.

Ensamble el sistema como se muestra en la foto de abajo.

Vierta 100 ml de agua destilada o de la llave en un vaso limpio.

Coloque el vaso frente a la base.Configuracin del Sensor Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de pH al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la duracin del experimento en 15 minutos y la velocidad de muestreo en 30 por minuto.

Coloque el electrodo de pH en la abrazadera de la base.

Inserte el electrodo de pH en el vaso de precipitado.


Haga clic sobre el cono medir para iniciar la medicin. Permita que el pH se estabilice. Registre el valor inicial de pH del agua destilada o de la llave el cual debe ser cercano a 7. Si no lo es, presione el botn en la caja del electrodo durante tres segundos hasta que el valor del pH llegue a 7 en el visor. Alternativamente, se puede hacer clic en el icono de calibracin en el software. Encontrar este icono en el cuadro de dilogo que se abre cuando se hace clic en el icono de configuracin del mdulo en la caja del mdulo del sensor a la izquierda de la pantalla.

Sin detener la medicin, sumerja la tableta normal de 500 mg de vitamina C en el vaso. Mueva el vaso cada cierto tiempo. Registre el valor de pH cada 5 minutos.

Guarde los datos presionando el icono Congelar grfica. Lave el sensor de pH con agua destilada o de la llave.

Vierta 100 ml de agua destilada o de la llave en un vaso limpio; agregue la tableta de 500 mg de vitamina C con amortiguador.

Repita los pasos 10-12, registre los datos..

Recoleccin de datos:

Tiempo (min)pH vitamina C Normal de 500 mgpH vitamina C Amortiguada de500 mg

0

5

10

15


1. Imprima una grfica de pH contra el tiempo para los dos experimentos de vitamina C.

2. Usando los valores de pH de la tabla de datos, compare el cambio en pH (pH) durante los tres intervalos de tiempo: 05 minutos, 510 minutos, and 1015 minutos. Cul tableta de vitamina-C tuvo la mayor disminucin de pH en cada uno de esos intervalos? Explique.


1. Cul es la ventaja de la vitamina con amortiguador? Explique.


Acidez en Bebidas Gaseosas

Objetivo

Observar el cambio de pH durante una titracin al agregar una base a una solucin cida de bebida gaseosa.

Determinar el punto de equivalencia de la titracin.Equipo

Sensor de pH NeuLog



Base con abrazadera

0.1 M NaOH

Bebidas Gaseosas: Coca-Cola, Pepsi-Cola, Sprite o 7-Up

Una bureta con abrazadera

Papel absorbente

Discusin

El contenido cido de muchos alimentos y bebidas contribuye significativamente a su sabor. Las bebidas gaseosas a menudo contienen cantidades variables de diversos cidos los cuales le dan su sabor cido. En bebidas como Coca Cola y Pepsi Cola, estos cidos son principalmente cido carbnico (del agua carbonatada) y cido fosfrico. En los productos como Sprite y 7-Up son principalmente cido carbnico y cido ctrico.En este experimento titraremos diferentes tipos de bebidas gaseosas con una solucin bsica de hidrxido de sodio, NaOH. La concentracin de la solucin de NaOH est dada y determinaremos la concentracin de los diferentes cidos en las bebidas gaseosas. El punto en el cual el cido y la base son equivalentes en cantidad se denomina punto final. Los siguientes son ejemplos de diferentes tipos de cidos sometidos a una reaccin con hidrxido de sodio:

cido fosfrico: H3PO4(aq) + 3 NaOH(aq) ( 3 H2O(l) + Na3PO4(aq)

cido ctrico: H3C6H5O7(aq) + 3 NaOH(aq) (3 H2O(l) + Na3C6H5O7(aq)Al inicio del experimento el pH de la solucin cida es bajo. A medida que agregamos la base, el pH gradualmente sube hasta alcanzar el punto de equivalencia. Si agregamos ms base cerca del punto de equivalencia el pH aumenta rpidamente y luego cambia otra vez gradualmente.

Procedimiento


Advertencia: Por favor observe que la parte inferior del sensor de pH consiste en una frgil esfera de cristal. Aunque tiene una proteccin plstica, tenga cuidado de no romperla. Monte un sistema como el que aparece en la foto de abajo.

Para preparar la solucin de bebida gaseosa: vierta 20 ml de agua en el vaso de precipitado y agregue 20 ml de la gaseosa que va a estudiar. Cada vez use una muestra diferente. Deje que la bebida gaseosa pierda el cido carbnico para no lo tomarlo en cuenta. En un vaso separado, prepare una solucin diluida de NaOH agregando 5 ml de 1M NaOH a 50 ml de agua. Coloque la bureta en la base con abrazadera especial para bureta. Llene la bureta con la solucin 0.1 M NaOH hasta la marca 0.0 ml.Configuracin del Sensor Conecte mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de pH al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto despliega una tabla de datos.

Haga clic en el nombre de la columna Valores Manuales en la tabla y cambie el ttulo a "Volumen.

Coloque el sensor de pH en la base.

Para calibrar el sensor, Inserte el electrodo de pH en agua destilada (o agua de la llave). Permita que el pH se estabilice. Registre el valor inicial de pH del agua destilada o de la llave el cual debe ser cercano a 7. Si no lo es, presione el botn en la caja del electrodo durante tres segundos hasta que el valor del pH llegue a 7 en la caja del mdulo del sensor a la izquierda de la pantalla. Alternativamente, se puede hacer clic en el icono de calibracin en el software. Encontrar este icono en el cuadro de dilogo que se abre al hacer clic en el icono de configuracin del mdulo de la caja del mdulo del sensor en la pantalla.


Tome la muestra que prepar en el paso 2 de Configuracin del Experimento

Inserte el electrodo de pH en el vaso de precipitado. Permita que el pH se estabilice.

Cuando la lectura se haya estabilizado, haga clic en el icono Medicin nica . Escriba el valor de 0 ml en la columna volumen de su tabla.

Comience la titracin agregando cada vez 0.5 ml de la solucin de NaOH usando la bureta. Mida el pH cada vez haciendo clic en el icono Medicin nica . Permita que el pH se estabilice entre mediciones.

La nueva lectura de pH aparecer en la tabla despus de cada medicin; escriba el volumen agregado al lado del valor de pH

Cuando el valor de pH sea cercano a 5 comience a agregar 0.1 ml (en vez de 0.5 ml). Despus de cada gota haga clic en el icono Medicin nica para hacer una nueva medicin. Escriba el volumen agregado al lado del valor de pH.

Contine hasta que el pH sea superior a 9. Guarde los datos al final del experimento. Lave el sensor de pH con agua sin desconectarlo del mdulo USB.

Lave el vaso de precipitado y prepare otra muestra

Repita los pasos 12-20 para la nueva muestra.

Repita el experimento con todas las muestras preparadas.

Al final de los experimentos, lave el sensor de pH y devulvalo a la solucin de almacenaje.

Tabla de DatosMuestravolumen de NaOH agregado(ml)Moles de NaOH agregadosMoles del Acido


Para cada una de las bebidas gaseosas que estudi, calcule el volumen de NaOH agregado para alcanzar el punto de equivalencia y escrbalo en su tabla de datos:

1. Haga una grfica de pH contra volumen de NaOH agregado en la titracin. Haga clic en el icono de Parmetros del Experimento y luego haga clic en la opcin Grfica XY. Seleccione el botn Sensor. Esto permits cambiar la X en la grfica a Volumen" usando la flecha desplegable.2. Siga la grfica y encuentre el volumen de NaOH usado en la titracin. Tambin encuentre el volumen en el cual ocurri el salto ms grande de pH. Se puede usar el cono Cursores . Los valores en la esquina inferior izquierda de la grfica indican la X y la Y para cada cursor y la diferencia entre X1 y X2 y entre Y1 e Y2.

3. Calcule el volumen de NaOH agregado para alcanzar el punto de equivalencia. Para ello, encuentre el volumen antes y despus del salto, agrguelos y divida entre dos.4. Calcule la cantidad de moles de NaOH agregados para alcanzar el punto final de cada una de las bebidas gaseosas que estudi. Escrbalo en su tabla.


1. Pudo determinar los moles de cido en cada bebida?2. Pudo determinar la concentracin de cido en cada bebida?Experimento N 11 (Presin)

Temperatura y Presin de Gas

Objetivo

Medir el cambio de presin en funcin del cambio de temperatura en una muestra de gas. Equipo

Sensor de Presin NeuLog Sensor de Temperatura NeuLog

PC y mdulo USB

Materiales

Equipo para el estudio de gases

Cables

Discusin

Un gas ideal se define como aquel en el cual todas las colisiones entre tomos y molculas son perfectamente elsticas y donde no hay fuerzas de atraccin intermoleculares. Se puede visualizar esto como un conjunto de esferas totalmente duras que colisionan, pero que de otra forma no interactan entre s. En este tipo de gas, cualquier cambio en la energa interna va acompaado de un cambio de temperatura.

Un gas ideal se puede caracterizar por tres parmetros: volumen, presin y temperatura, para una cantidad determinada de gas. La ley que refleja esta relacin entre volumen, presin y temperatura se denomina Ley de Gases Ideales: PV = nRT donde nR es una constante cuando la masa del gas es constante; la temperatura es en grados Kelvin.

Cuando aumenta la temperatura y el volumen es constante, el gas se expande y por lo tanto aumenta la presin. No es necesario conocer el valor exacto de la constante nR para usar la ley; si la cantidad de gas y el volumen se mantienen constantes, la relacin: P1 / T1 = P2 / T2 debe cumplirse.

En esta actividad, cambiaremos la temperatura del gas en un recipiente, manteniendo el volumen constante, para as medir como se afecta la presin del gas.

Procedimiento


Advertencia: Usted estar trabajando con una llama directa. Asegrese de no tener ningn material inflamable en la proximidad del experimento. Sea muy cuidadoso cuando trabaje con altas temperaturas.

Fotografa de la configuracin del experimento.

Saque el equipo de gases (ver fotografa).

Coloque las velas debajo del dispositivo para calentar el gas en la cmara.


Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte los sensores de presin y temperatura al mdulo USB. Inserte el extremo del conector del sensor de presin en una de las tapas perforadas del equipo, como se muestra en la fotografa. Inserte el sensor de temperatura en una de las tapas perforadas del equipo. Asegrese que la tercera tapa est sellada.

Para verificar que no haya fuga de aire, inserte una jeringa con su mbolo en la posicin de 50 ml en lugar de la tercera tapa (la tapa sellada). Presione el mbolo de la jeringa, sultelo y observe como regresa a la posicin inicial. Remueva la jeringa y coloque nuevamente la tapa.

Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la grfica y la tabla de datos.


Registre la temperatura antes de comenzar el experimento. Para la primera medicin haga clic en el icono de Medicin nica . Comience a calentar el gas usando las 3 velas; en el lado izquierdo de la pantalla, podemos observar el aumento de temperatura en la caja del mdulo del sensor de temperatura.

Despus de cada aumento de 3 grados de temperatura, haga clic nuevamente para una nueva medicin. Contine las mediciones hasta que alcance los 50 oC.

Remueva las velas y detenga el experimento. Tenga cuidado de no tocar el recipiente mientras est caliente.


1. Dibuje una grfica de presin en funcin de la temperatura. Haga clic en el icono de Parmetros del Experimento y luego en el tabulador Grfica XY. Seleccione el botn Sensor y luego seleccione temperatura en el men desplegable. 2. Para calcular el ajuste lineal de los puntos generados en la grfica, haga clic en el icono funciones . Verifique que el tabulador de funciones est activo y tambin que la funcin que aparece en el segundo men desplegable sea ajuste lineal. Presione el icono Calcular Funcin para que pueda ver en la grfica la lnea correspondiente y en la ventana de funciones, la funcin lineal calculada.


1. Basado en los datos y grfica obtenidos en este experimento, exprese en palabras la relacin entre la presin de gas y la temperatura.

2. Explique esta relacin usando los conceptos de velocidad molecular y colisin de molculas. Experimento N 12 (Temperatura)

Destilacin 1 Parte

Objetivo

Investigar la tcnica de destilacin y separar por este medio los componentes de una mezcla.

Equipo

Sensor de Temperatura NeuLog

PC y mdulo USB

Materiales

Equipo de destilacin, (incluye mechero lleno con Etanol)

Base con abrazadera

Piedras de ebullicin Colorante para alimentos


Etanol

Discusin

La destilacin es un mtodo usado para separar componentes de una mezcla, basado en sus diferencias de volatilidad en una mezcla lquida hirviendo. La destilacin es una operacin unitaria o un proceso de separacin y no una reaccin qumica.

Comercialmente, la destilacin tiene diversos usos como la separacin de petrleo crudo en ms fracciones para usos especficos como transporte, generacin de energa y calentamiento. El agua se destila para remover impurezas como sal del agua de mar. El aire se destila para separar sus componentes principalmente oxgeno, nitrgeno y argn para uso industrial. La destilacin de soluciones fermentadas ha sido usada desde tiempos antiguos para producir licores destilados con mayor contenido de alcohol. Las instalaciones donde se realiza la destilacin, especialmente la destilacin de alcohol, se conocen como destileras.

El proceso de separacin de fracciones de una mezcla, consiste en hervirla a determinados intervalos de temperaturas para obtener una composicin bien definida del producto que se denomina fraccin de destilacin.

Procedimiento


Advertencia: trabajaremos con fuego. Asegrese de no tener ningn material inflamable en la proximidad del experimento. Sea muy cuidadoso cuando trabaje con altas temperaturas.

Ensamble el sistema como se muestra en la fotografa. Este experimento no requiere enfriar con agua.

En un frasco de destilacin, vierta cerca de 10 ml de etanol, algunas piedras de ebullicin y una pizca de colorante.

Coloque el adaptador de destilacin en el frasco y apriete bien la tapa rosca negra.

Coloque el condensador en el tubo lateral del adaptador y apriete bien la tapa rosca negra en el adaptador.

Coloque el tubo curvo en el otro lado del condensador y apriete bien la tapa rosca negra.

Inserte el sensor de temperatura en el adaptador de destilacin a travs del orificio en la tapa superior (ver figura). Apriete bien esta tapa para mantener el sensor en su lugar.

Coloque el sistema armado en la base, sostenindolo con la abrazadera.


Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de temperatura al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura el tiempo de medicin en 10 minutos y la velocidad de muestreo en 60 mediciones por minuto.


Haga clic en el icono medir para iniciar la medicin.

Mantenga el frasco cerca de 5 cm sobre la llama. Lentamente caliente la mezcla.

Apague el mechero al final de la medicin (Si todo el etanol se evapora antes de finalizar el tiempo, detenga el experimento).Preguntas de Resumen

1. Observe la grfica y determine cul es el punto de evaporacin del etanol.

2. Cul era el color del etanol que goteaba en la cubeta? Era incoloro o mantena su color original?

3. Por qu?


1. Explique los diferentes cambios de estado (evaporacin, condensacin, solidificacin, fusin y sublimacin).

2. D tres ejemplos de mezclas que podran separarse por destilacin.

3. Compare sus diferentes observaciones. Analice y saque conclusiones.

Experimento N 13 (Temperatura)

Destilacin 2 Parte

Objetivo

Investigar la tcnica de destilacin y separar por este medio los componentes de una mezcla.

Equipo

Sensor de Temperatura NeuLog

PC y mdulo USB

Materiales

Equipo de destilacin, (incluye mechero lleno con etanol)

Base con abrazadera

Piedras de ebullicin Colorante para alimentos


Etanol

Discusin

La destilacin es un mtodo usado para separar componentes de una mezcla, basado en sus diferencias de volatilidad en una mezcla lquida hirviendo. La destilacin es una operacin unitaria o un proceso de separacin y no una reaccin qumica.

Comercialmente, la destilacin tiene diversos usos como la separacin de petrleo crudo en ms fracciones para usos especficos como transporte, generacin de energa y calentamiento. El agua se destila para remover impurezas como sal del agua de mar. El aire se destila para separar sus componentes principalmente oxgeno, nitrgeno y argn para uso industrial. La destilacin de soluciones fermentadas ha sido usada desde tiempos antiguos para producir licores destilados con mayor contenido de alcohol. Las instalaciones donde se realiza la destilacin, especialmente la destilacin de alcohol, se conocen como destileras.

El proceso de separacin de fracciones de una mezcla, consiste en hervirla a determinados intervalos de temperaturas para obtener una composicin bien definida del producto que se denomina fraccin de destilacin.

Procedimiento


Advertencia: trabajaremos con fuego. Asegrese de no tener ningn material inflamable en la proximidad del experimento. Sea muy cuidadoso cuando trabaje con altas temperaturas.

Ensamble el sistema como se muestra en la fotografa. Este experimento no requiere enfriar con agua.

En un frasco de destilacin, vierta cerca de 5 ml de agua con 5 ml de etanol, algunas piedras de ebullocin y una pizca de colorante.

Coloque el adaptador de destilacin en el frasco y apriete bien la tapa rosca negra.

Coloque el condensador en el tubo lateral del adaptador y apriete bien la tapa rosca negra en el adaptador.

Coloque el tubo curvo en el otro lado del condensador y apriete bien la tapa rosca negra.

Inserte el sensor de temperatura en el adaptador de destilacin a travs del orificio en la tapa superior (ver figura). Apriete bien esta tapa para mantener el sensor en su lugar.

Coloque el sistema armado en la base, sostenindolo con la abrazadera.


Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de temperatura al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura el tiempo de medicin en 10 minutos y la velocidad de muestreo en 60 mediciones por minuto.


Haga clic sobre el icono medir para iniciar la medicin

Mantenga el frasco cerca de 5 cm sobre la llama. Lentamente caliente la mezcla.

Apague el mechero al final de la medicin (Si todo el Etanol se evapora antes de finalizar el tiempo, detenga el experimento).Preguntas de Resumen

1. Observe la grfica y comprela con la grfica que recibi en Destilacin 1 Parte. Describa las diferencias y explique.

2. Cual compuesto se liber primero? Por qu?


1. Investigue el punto de ebullicin del etanol.

2. Usted podra intentar una destilacin de una mezcla diferente: 5 ml de agua con 5 ml de acetona.


Fuerzas Intermoleculares y Evaporacin

Objetivo

Estudiar los cambios en la temperatura causados por la evaporacin de varios solventes. Relacionar la diferencia de temperatura causada por la evaporacin con la fuerza de atraccin intermolecular.

Equipo Sensor de Temperatura NeuLog PC y mdulo USB

,

Materiales

Una liga pequea Algodn Etanol o cualquier otro alcohol

Acetona

Agua Un vaso de precipitado de 20 ml.

Discusin

Durante la evaporacin, la magnitud de la disminucin de temperatura es un indicador de la fuerza de atraccin entre las molculas de un lquido. Mientras ms grande sea la cada de temperatura, mas rpido se evapora el lquido y ms dbil es su atraccin intermolecular.

Cuando se cambia de estado liquido a gaseoso, hay un aumento en la energa potencial de las molculas. Como resultado, hay una cada en la energa cintica promedio de las molculas que quedaron en el lquido por lo tanto hay una cada en la temperatura. Este fenmeno se puede apreciar cuando salimos de la ducha en la maana, ya que hay una pequea baja de temperatura en la piel. La evaporacin del agua de la piel absorbe energa del cuerpo. En esta actividad mediremos el cambio de temperatura de tres tipos de compuestos y lo relacionaremos con la transpiracin.Procedimiento


Envuelva la punta del sensor de temperatura con un trozo pequeo de algodn y asegrelo con la liga. Envuelva el algodn uniformemente.

Vierta cerca de 10 ml de etanol en el vaso de precipitado. Repita el experimento con acetona y luego con agua. Devuelva el lquido usado a su frasco original y use una toalla de papel para secar el vaso de precipitado antes de experimentar con el siguiente lquido.Configuracin del Sensor

Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de temperatura al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la duracin del experimento en 5 minutos y la velocidad de muestreo en 5 por segundo.Pruebas y mediciones Inserte el sensor de temperatura en etanol por aproximadamente 10 segundos; asegrese que el vaso de precipitado no caiga. Haga clic en el icono medir para comenzar la medicin.

Mida la temperatura inicial del etanol por cerca de 10 segundos. Saque el sensor del alcohol y pguelo con cinta adhesiva al borde de la mesa de manera que la punta con al algodn sobresalga; el algodn no debe estar en contacto con la mesa (ver fotografa). Espere hasta que el experimento termine y registre las temperaturas mnima y mxima.

Permita que el sensor regrese a la temperatura ambiente.

Repita los pasos 6-10 para los otros dos lquidos, acetona y agua.


1. Calcule la diferencia de temperatura para cada lquido.

Investigacin de Desafo1. Podra explicar los diferentes cambios de temperatura de evaporacin para los lquidos probados en trminos de fuerzas de atraccin intermoleculares?


Reacciones Endotrmicas y Exotrmicas 1

Objetivo

Estudiar la entalpia de reaccin.

Estudiar la entalpia en una reaccin de bicarbonato de soda y vinagre

Equipo

Sensor de Temperatura NeuLog PC y mdulo USB

Materiales

Agua

Vinagre (CH3COOH)

Bicarbonato de Sodio NaHCO3 Un vaso desechable

Discusin

En algunas reacciones, la energa que debe ser absorbida para romper los enlaces en los reactivos es menor que la energa total liberada cuando se forman nuevos enlaces. Esto significa que en la reaccin total, la energa se libera como calor o luz. Este tipo de reaccin se denomina reaccin exotrmica. Otra manera de describir una reaccin exotrmica es decir que es una reaccin en la cual la energa del producto es menor que la energa de los reactivos porque se liber energa durante la reaccin.

En otras reacciones, la energa que debe ser absorbida para romper los enlaces en los reactivos es mayor que la energa total liberada cuando se forman nuevos enlaces. Esto significa que en la reaccin total, debe absorberse energa circundante. Este tipo de reaccin se denomina reaccin endotrmica. Otra manera de describir una reaccin endotrmica es decir que es una reaccin en la cual la energa del producto es mayor que la energa de los reactivos porque se absorbi energa durante la reaccin.

La diferencia de energa (E) entre los reactivos y los productos se denomina calor de reaccin. Tambin a veces se describe como el cambio de entalpia del sistema.

En este experimento, estudiaremos la reaccin entre bicarbonato de soda y vinagre:

HC2H3O2(aq) + NaHCO3(s) CO2(g) + H2O(l) + NaC2H3O2(aq)

Procedimiento


Ensamble un sistema como el de la fotografa de abajo.

Vierta 50 ml de vinagre en un vaso y colquelo frente a la base.Configuracin del Sensor Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de temperatura al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la duracin del experimento en 2 minutos y la velocidad de muestreo en 20 por segundo.

Inserte el sensor de temperatura en el vaso.

Pruebas y mediciones Haga clic en el icono medir para comenzar la medicin.

Permita que la temperatura se estabilice.

Sin detener la medicin, lentamente agregue 5 gramos (aproximadamente una cucharadita) de bicarbonato de sodio.

Observe los cambios de temperatura.


1. Qu ocurre con la temperatura durante esta reaccin?

2. Es esta una reaccin exotrmica o endotrmica?

3. Calcule el cambio de temperatura durante la reaccin.

4. Calcula la cantidad de energa calrica perdida en la reaccin usando la ecuacin:

q = m Cp T. El valor de Cp es 4.18 J/goC.


1. Cree usted que sera mejor usar un vaso de vidrio en lugar de un vaso desechable para este experimento? Explique su respuesta.


Reacciones Endotrmicas y Exotrmicas 2Objetivo

Estudiar la entalpia de la reaccin

Seguir los cambios de temperatura durante la disolucin de hidrxido de sodio en agua.

Equipo

Sensor de Temperatura NeuLog Sensor de pH NeuLog PC y mdulo USB Materiales

Agua

1 cucharadita de hidrxido de sodio, aproximadamente 2 gramos

Un vaso desechable (vaso de caf con tapa).

Discusin

Muchas reacciones qumicas involucran ya sea la liberacin o la absorcin de energa. En algunas reacciones, la energa que debe ser absorbida para romper los enlaces en los reactivos es menor que la energa total liberada al formar nuevos enlaces. Esto significa que en la reaccin total, la energa se libera como calor o luz. Este tipo de reaccin se denomina reaccin exotrmica. Otra manera de describir una reaccin exotrmica es decir que es una reaccin en la cual la energa del producto es menor que la energa de los reactivos porque se liber energa durante la reaccin.

En otras reacciones, la energa que debe ser absorbida para romper los enlaces en los reactivos es mayor que la energa total liberada cuando se forman nuevos enlaces. Esto significa que en la reaccin total, debe absorberse energa circundante. Este tipo de reaccin se denomina reaccin endotrmica. Otra manera de describir una reaccin endotrmica es decir que es una reaccin en la cual la energa del producto es mayor que la energa de los reactivos porque se absorbi energa durante la reaccin.

La diferencia de energa (E) entre los reactivos y los productos se denomina calor de reaccin. Tambin a veces se describe como el cambio de entalpia del sistema.

.En este experimento, estudiaremos la disolucin de hidrxido de sodio en agua y decidiremos si es una reaccin exotrmica o endotrmica.

Procedimiento


Advertencia: Por favor observe que la parte inferior del sensor de pH consiste en una frgil esfera de cristal. Aunque tiene una proteccin plstica, tenga cuidado de no romperla. Ensamble el sistema como se muestra en la fotografa de abajo.

Tome la tapa plstica del vaso de caf y haga dos orificios. Uno para el sensor de pH y el otro para el sensor de temperatura. Vierta 100 ml de agua en el vaso, colquelo frente a la base y coloque la tapa en el vaso.

Prepare 1 cucharadita de hidrxido de sodio slido, aproximadamente 2 gramos.

Sensor setup Conecte el mdulo USB a la computadora. Conecte los sensores de temperatura y pH al mdulo USB. Regrese al software NeuLog. Haga clic en el icono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura la grfica, el tiempo de medicin en 15 minutos y la velocidad de muestreo en 60 por minuto.

Para calibrar el electrodo, insrtelo en agua destilada (pH 7). Permita que el pH se estabilice. Registre el valor inicial de pH del agua destilada o de la llave el cual debe ser cercano a 7. Si no lo es, presione el botn en la caja del electrodo durante tres segundos hasta que el valor del pH llegue a 7 en la caja del mdulo del sensor a la izquierda de la pantalla. Alternativamente, se puede hacer clic en el icono de calibracin en el software. Encontrar este icono en el cuadro de dilogo que se abre al hacer clic en el cono de configuracin del mdulo de la caja del mdulo del sensor en la pantalla.

Inserte los dos sensores en el vaso a travs de los orificios de la tapa. Pruebas y mediciones Haga clic en el icono medir para comenzar la medicin.

Permita que las lecturas de temperatura y pH se estabilicen.

Sin detener la medicin, levante la tapa del vaso y lentamente agregue 1 cucharadita de hidrxido de sodio, aproximadamente 2 gramos.

Observe los cambios de temperatura y pH.


1. Qu ocurri con la temperatura durante esta reaccin?

2. Es sta una reaccin exotrmica o endotrmica?

3. Calcule el cambio de temperatura durante la reaccin. Usted puede usar el icono Cursores. Los valores en la esquina izquierda inferior de la grfica indican la X e Y para cada cursor y la diferencia entre X1 y X2 y entre Y1 y Y2.

4. Calcule el cambio de pH durante esta reaccin (para una mejor resolucin del cambio de pH usted puede usar el icono Cursores ).

5. El cambio de pH fue rpido? El cambio de temperatura fue tan rpido como el del pH?


1. Calcule la cantidad de energa calrica liberada en la reaccin usando la ecuacin:

q = m Cp T. El valor de Cp del agua es 4.18 J/goC, m es 100 g.

2. Intente disolver diferentes cantidades de NaOH en agua y calcule el calor de reaccin en cada caso.

Experimento N 17 (Humedad)

Temperatura del Aire y Humedad

Objetivo

Estudiar la relacin entre humedad relativa y temperatura del aire.

Equipo Sensor de Temperatura NeuLog Sensor de Humedad NeuLog PC y mdulo USB o visor grfico Unidad de batera Materiales

Base con abrazaderaDiscusinLa humedad es algo de lo que escuchamos a diario en los reportes del tiempo. La humedad es responsable de esa sensacin pegajosa que sentimos algunos das de verano.

La humedad se puede medir de diferentes formas pero la humedad relativa es la forma mas comn. Para comprender la humedad relativa es til comprender qu es la humedad absoluta.

La humedad absoluta es la masa de vapor de agua dividida entre la masa de aire seco en un volumen de aire a una cierta temperatura. Mientras ms caliente el aire ms agua puede contener. La humedad relativa es la razn entre la humedad absoluta actual contra la mxima humedad absoluta posible (la cual depende de la temperatura actual del aire). Una lectura de 100% humedad relativa en el aire significa que el aire est totalmente saturado con vapor de agua y no puede retener ms, creando la posibilidad de lluvia.Los humanos somos muy sensibles a la humedad ya que la piel usa el aire para deshacerse de la humedad del cuerpo. El proceso de transpiracin en nuestro cuerpo es para tratar de mantenerlo fresco y mantener su temperatura actual. Si el aire tiene un 100% de humedad relativa, el sudor no se evapora en el aire. Como resultado, sentimos mucho ms calor que la temperatura actual cuando la humedad relativa es alta. Si la humedad relativa es baja, podemos sentirnos ms frescos que la temperatura actual porque nuestra transpiracin se evapora fcilmente y esto nos refresca.

La humedad relativa entonces disminuye con un aumento de la temperatura si la cantidad actual de vapor de agua se mantiene igual.

Temperatura________Humedad Relativa_ _ _ _El propsito de este experimento es investigar la relacin entre humedad relativa y temperatura en un periodo de 24-horas.Preguntas Pre-laboratorio1. Dibuje una grfica de temperatura del aire para un periodo de 24 horas. Qu hora del da esperara que fuera la ms caliente? Cundo esperara que hiciera ms fro?

Dibuje una grfica de humedad relativa del aire para el mismo periodo de 24 horas. Espera usted que la humedad relativa cambie? Si es as, a qu hora cree usted que la humedad relativa ser ms alta? a qu hora cree usted que la humedad relativa ser ms baja?

Procedimiento


Ensamble un sistema simple de medicin del tiempo al aire libre, capaz de medir temperatura y humedad.

Use la base con abrazadera para sostener los sensores de temperatura y humedad .Configuracin del Sensor Conecte mdulo USB a la computadora. Conecte los sensores de temperatura y humedad al mdulo USB. Como esta actividad se realiza al aire libre, usaremos el modo Fuera de lnea para programar los sensores. Haga clic en el icono Fuera de lnea en la barra del men principal de NeuLog. Haga clic en el botn de configuracin del mdulo de la caja del modulo del sensor a la izquierda en la pantalla.

Configure los tiempos de medicin en 24 horas y la velocidad de muestreo en 1 por minuto. Repita los pasos 6 y 7 para el sensor de humedad. Desconecte los sensores del mdulo USB. Conecte los sensores a la unidad de batera.Pruebas y mediciones

Escoja una ubicacin que est en la sombra durante todas las horas de luz del da para colocar los sensores

Comience la medicin presionando los botones Comenzar/detener de los sensores; usted ver el LED rojo encendido y parpadeando una vez por minuto. Registre la hora de inicio de las mediciones de los sensores. Despus de 24 horas, las mediciones terminarn y los datos se guardarn automticamente en la memoria de los sensores. Al finalizar el experimento al aire libre, desconecte los sensores de la unidad de batera , Conctelos al mdulo USB y baje los datos a la computadora como sigue: haga clic en el icono cargar medicin en la barra secundaria de NeuLog para abrir una ventana con varias opciones. Seleccione Experimentos. Esto abre la ventana: "cargar nmero de experimento". Seleccione el botn Todos para mostrar las grficas de temperatura y humedad. Se puede mejorar la grfica haciendo clic en el icono Ampliacin a la izquierda arriba de la ventana de la grfica.

Tablas de datos:

Salida del Sol

Puesta del Sol

Hora de inicio de la medicin

Hora del da

(hora AM/PM)Temperatura

(oC)Humedad Relativa(%)

Temperatura Mxima

Temperatura Mnima

Preguntas de Resumen Examine los pares de datos en la grfica abierta. Use el cono Cursores para mover los dos cursores al punto de temperatura mxima. Registre la correspondiente temperatura, humedad relativa y hora en su tabla de datos.

Mueva los cursores al punto de temperatura mnima. Registre la correspondiente temperatura, humedad relativa y hora en su tabla de datos.

Al disminuir la temperatura del aire, cmo cambia la humedad relativa? La relacin anterior se basa simplemente en dos puntos de datos. Determine si hay otros puntos de datos que muestren la misma relacin. Observe una grfica de humedad relativa contra temperatura. Haga clic en el icono de configuracin del experimento, luego clic en Grfica XY. Si usted escoge la opcin "Sensor" podr cambiar el eje X de su grfica a temperatura presionando la flecha desplegable.Investigacin de Desafo1. Se pueden repetir los patrones que observamos? Para responder a esta pregunta, configure el experimento para realizarlo durante 2 o 3 das. Compare los datos de un da con el siguiente.

2. Repita este experimento en diferentes pocas del ao. Compare sus datos para las diferentes temporadas.

Experimento N 1 (Fuerza)Fuerza de Friccin

Objetivo

Estudiar el fenmeno de fuerza de friccin.

Medir la friccin de bloques de madera con superficies lisas y speras.

Comprobar sus predicciones.

Equipo Sensor de Fuerza NeuLog


Bloques de madera lisos y speros (con un gancho) Bloques de diferentes materiales (no incluido) Papel de lija (no incluido) CuerdaDiscusin

Las fuerzas de friccin estn presentes en todas partes de nuestra vida diaria. Es simplemente imposible reducirlas por completo. Las fuerzas de friccin son tan tiles en algunas situaciones, como un obstculo en otras.

La definicin fsica de la fuerza de rozamiento es - una fuerza que resiste el movimiento relativo de objetos en contacto unos con otros.La friccin es una fuerza creada cuando dos superficies se mueven o tratan de moverse una contra la otra. Su direccin es siempre paralela a la superficie y opuesta a la direccin del movimiento de un objeto. La friccin depende del tipo de superficie y de la fuerza normal que acta entre estas.Consideremos el experimento simple de la figura 1.

Sobre la mesa hay una caja. Si F es la fuerza aplicada sobre un objeto y Fr es la fuerza de friccin, la relacin entre F y Fr determinar si el objeto se desliza o no se mueve en absoluto.

Si los objetos no se mueven uno respecto al otro, la fuerza de friccin se llama esttica. Si estn en movimiento, la friccin es cintica.Cuando la fuerza de empuje F es menor que la fuerza de resistencia de friccin Ff (F Ff), entonces el objeto se desliza o se mueve. La friccin se considera cintica.La conclusin es que hay dos tipos de fuerzas de friccin:

fuerza de friccin esttica Fs - cuando est en reposoy

fuerza de friccin cintica Fk - cuando hay movimiento

La fuerza de friccin en el caso de slidos en movimiento uno contra el otro se define por las ecuacionesFS = S mg (1)

FK = K mg (2)

Donde S y K son coeficientes de friccin esttica y cintica. Sus valores dependen de ciertas propiedades de los cuerpos en movimiento y de la textura y tipo de las superficies que se tocan. Un ejemplo de calidad de superficie y friccin es: no podemos deslizarnos zapatos en el asfalto, pero fcilmente podemos hacerlo en el hielo.Lo interesante es que la friccin esttica que mantiene un objeto en su lugar es mayor que la friccin cintica que hace ms lento el movimiento de un objeto. Por lo tanto, cuando un objeto comienza a moverse la friccin disminuye y as la fuerza para empujar un objeto en movimiento tambin disminuye. En este experimento utilizaremos un sensor de fuerza para estudiar la fuerza de friccin con diferentes superficies. Sin embargo, para observar la diferencia entre la fuerza de friccin esttica y cintica el objeto debe ser pesado, como un ladrillo o un libro pesado; si usted no tiene este tipo de objetos, tome en cuenta la fuerza de friccin como un promedio e ignore la fuerza esttica.Procedimiento


Ensamble el siguiente sistema. Al aplicacar una fuerza F sobre un bloque de madera, Ff es la fuerza de friccin opuesta a F.

Cuelgue el bloque de madera en el gancho del sensor de fuerza a travs de una cuerda (ver foto). Prepare varios bloques pesados con superficies de diferentes asperezas.


Conecte mdulo USB a la computadora. Conecte el sensor de fuerza al mdulo USB (o al visor grfico). Regrese al software NeuLog. Haga clic en el cono para cargar la configuracin del experimento. Esto configura el tiempo de medicin en 10 segundos y la velocidad de muestreo en 50 por segundo. Esto tambin configura el rango de medicin en 10 N.

Conecte el bloque de madera de superficie lisa al sensor en la orientacin experimental.Nota: La orientacin del sensor es muy importante, mantenga el sensor en la misma posicin en la cual se va a usar para el experimento especfico y nivlelo a cero. Nivelacin a Cero: presione el botn del sensor por 3 segundos. Alternativamente, podemos calibrar el sensor a travs del software. Primero haga clic en el cono de configuracin del mdulo en la caja del mdulo del sensor en la pantalla, y luego haga clic en el icono Calibracin . Note que la medicin de fuerza aparece en la caja del mdulo del sensor. Pruebas y mediciones

Parte IJalaremos el bloque para producir una grfica de fuerza en funcin del tiempo. Amarre un extremo de la cuerda al gancho del sensor de fuerza y el otro extremo al gancho del bloque de madera. Coloque un total de 1 kg de masa en la parte superior del bloque, bien atado para que no se mueva. Practique jalar el bloque con la masa de 1 kg con el sensor de fuerza usando el siguiente movimiento en lnea recta: lenta y suavemente jale horizontalmente con una pequea fuerza. Gradualmente, esperando un segundo, aumente la fuerza hasta que el bloque empiece a deslizarse y luego mantenga el movimiento del bloque a una velocidad constante durante otro segundo. Sostenga el sensor de fuerza en posicin, listo para jalar el bloque, pero sin tensin en la cuerda. Haga clic en el cono Medir para iniciar la medicin. Jale el bloque, como antes, teniendo cuidado de aumentar la fuerza de forma gradual. Repita el proceso segn sea necesario hasta que obtenga una grfica que refleje el movimiento deseado, jalando el bloque a velocidad constante, una vez que comience a moverse.

Observe la grfica de fuerza en funcin del tiempo y verifique que refleja el movimiento deseado, jalando el bloque a velocidad constante, una vez que comience a moverse. Repita los pasos 9 -15 con otros tipos de bloques con superficies de diferentes asperezas y diferentes masas; conecte el objeto al sensor de fuerza y contine con las mediciones.Parte II

Fuerza de friccin esttica y fuerza de friccin cintica: en esta parte, se medir la fuerza mxima de friccin esttica y la fuerza de friccin cintica en funcin de la fuerza normal en el bloque. En cada medicin jalaremos el bloque como antes; pruebe varios materiales diferentes, con diferentes tipos de superficie.

Sostenga el sensor de fuerza en posicin, listo para jalar el bloque, pero sin tensin en la cuerda. Haga clic en el cono Medir para iniciar la medicin. Jale el bloque como antes, teniendo cuidado de aumentar la fuerza en forma gradual. En algn valor de la fuerza, el bloque empieza a moverse; el valor mximo es la fuerza de friccin esttica.

Por un momento se acelerar y podremos disminuir la fuerza de traccin F para que el valor resultante sea un movimiento con velocidad constante. Tire hasta el final del experimento. Guarde los datos recolectados. Si usted observa al principio el aumento en la fuerza, debido a la fuerza de friccin esttica, haga clic en el cono Cursores y mueva el cursor morado a la parte del experimento donde la fuerza se eleva en el punto de partida y escriba el valor de la fuerza de friccin esttica. Anote el valor mximo de la fuerza de friccin esttica. Haga clic en el cono Funciones y luego clic en la opcin Estadsticas; haga clic en el cono Calcular Estadsticas para calcular la fuerza promedio. Observe la fuerza promedio en N, registre el valor. Repita loa pasos 16-24 para dos mediciones adicionales y saque el promedio de los resultados para determinar la confiabilidad de sus mediciones. Registre los valores en la tabla de datos.

Repita los pasos 16-24 para otro tipo de bloques con diferentes asperezas de superficie y diferentes masas. Conecte el objeto al sensor de fuerza para efectuar las mediciones.

Tabla de datos:

Experimentos

con diferentes masas/superficiesFriccin Esttica Mxima (N)

Promedio de Friccin Esttica Mxima (N)

Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3

Experimentos

con diferentes masas/superficiesFriccin Cintica (N)

Promedio de Friccin Cintica (N)

Ensayo 1Ensayo 2Ensayo 3

Preguntas de Resumen1. Prediga los valores de friccin para diferentes objetos de menor a mayor como papel de lija, piso, escritorio, vidrio y metales.

2. Mida y calcule el promedio de la friccin de estos objetos. Coincide con su prediccin?3. Calcule los coeficientes estticos y cinticos, S y K slo para los objetos cuya fuerza esttica se puede observar.

4. Compare, si es posible, los mismos objetos con masa diferente y objetos con diferente rugosidad de superficie.Investigacin de Desafo1. Cul es el efecto de la rugosidad de la superficie sobre la friccin?2. D dos ejemplos de una situacin donde la friccin es muy til.3. D dos ejemplos de una situacin en la cual se debe reducir la friccin.4. Resuma los resultados de este experimento.5. Por qu tenemos que aplicar menos fuerza sobre un objeto en movimiento? (Movimiento con velocidad constante significa que la fuerza neta que acta sobre el objeto es cero. Esto significa que mientras el objeto se mueve, es necesaria una fuerza de menor valor para compensar la fuerza de friccin).Experimento N 2 (Fuerza)Palancas

Objetivo

Estudiar la palanca como una mquina simple. Calcular la ventaja mecnica real (VMR). Calcular la ventaja mecnica ideal (VMI). Calcular el rendimiento de una mquina.Equipo Sensor de Fuerza NeuLog


Pesas de 350 g (del equipo de poleas)

Lazo de cuerda Equipo de palanca: incluye a una regla de madera especial de 60 cm y un punto de apoyo

Discusin

En fsica, una palanca es un objeto rgido utilizado con un punto de apoyo o punto de giro para multiplicar la fuerza mecnica que se pueden aplicar a otro objeto. Bsicamente, una palanca es una mquina simple usada para hacer el trabajo ms fcil; ayuda a mover un objeto mediante el aumento de la fuerza que se aplica. La palanca se denomina tambin ventaja mecnica y es un ejemplo del principio de momento. Hay tres clases de palancas - primera, segunda y tercera.

El punto donde se aplica la fuerza se llama esfuerzo. El efecto de la aplicacin de esta fuerza se llama carga. El brazo de carga y el brazo de fuerza son los nombres dados a las distancias desde el punto de apoyo a la carga y esfuerzo, respectivamente. Utilizando estas definiciones, la Ley de la Palanca es la siguiente: (Brazo de carga) (fuerza de carga) = (brazo de fuerza) (fuerza de esfuerzo). Si, por ejemplo, una carga de un objeto de 1 gramo es balanceada por un objeto levantado de 100 gramos, la distancia de la objeto cargado estar 1

guia de experimentos

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