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M del Carmen Maldonado Susano

“La Termodinámica es la parte de lafísica que estudia la energía, sustransformaciones y los mediosempleados para efectuar dichastransformaciones y aquellaspropiedades de las sustancias queguardan alguna relación con la energía”.

10/11/2021 3


Es una propiedad Intensiva dela materia que nos indica laenergía molecular de uncuerpo.


Punto de fusión del agua, anivel del mar

C0


Punto de ebullición del aguaa nivel del mar.

C100


Calor

Sensible

Latente


• Es el calor evidente al tacto yen el que se observa unavariación de temperatura.

• No hay cambio de fase.


=2

1

T

TdTcmQ

)( 12 TTcmQ −=

Q : calor [J]

m : masa [kg]

c : capacidad térmica específica [J/kg·K]

T : temperatura [K]

Matemáticamente se expresa como:


• Es aquel necesario para convertir una

sustancia de una fase a otra fase.

• Se absorbe o cede calor sin que seproduzca un cambio de sutemperatura.


• Matemáticamente:

𝑄 = 𝑚 ℎ

h : entalpia de transformación [ J/kg]m : masa [kg]Q: calor [J]


Es la cantidad de energía en formade calor que debe suministrarse auna sustancia para aumentar sutemperatura.

=

K

J

T

QC


❑ Es la cantidad de energía en formade calor que se debe suministrar auna unidad de masa de unasustancia, para que ésta aumenteuna unidad en su temperatura.


❑ Se expresa como:

=

Kkg

J

Tm

Qc

Q : calor [J]

m : masa [kg]

c : capacidad térmica específica [J/kg·K]

T : temperatura [K]


❑ También se puede calcular como:

=

Kkg

J

m

Cc

m : masa [kg]

c : capacidad térmica específica [J/kg K]

C: capacidad térmica [J/kg]


4186agua

Jc

kg K

=

Del agua:


Del agua:

𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎 = 4186𝐽

𝑘𝑔ȁΔ °𝐶


Objetivos


Herramienta Digital

Para esta práctica se usarán los siguientes simuladores de curva de calentamiento.

Simulador 1

http://labovirtual.blogspot.com/search/label/Curva%20de%20calentamiento.

Simulador 2

http://www.educaplus.org/game/curva-de-calentamiento-del-agua




*Nota: La aguja de color gris da una vuelta completa en 60 segundos

y la aguja de color azul da una vuelta completa en 60 minutos.

Actividad 1


Actividad 2

Observe la pantalla del simulador 1, se muestran varias

sustancias como:

agua, alcohol y benceno.

Seleccione:

una masa de agua de 200 [g],

una potencia de 250 [W] y

una temperatura inicial de 10 [°C].

Presione el botón de encendido de color gris que se

encuentra ubicado en la parrilla.




Actividad 2





Actividad 3

Mida la temperatura cada 5 [°C] con el

termómetro digital y registre el tiempo

correspondiente, haga 8 lecturas. Presione

el botón “anote datos” del simulador de

curva de calentamiento, para ir guardando

sus lecturas. Complete la siguiente tabla.

Varíe la temperatura cada 5 [°C[ y mida el tiempo


Actividad 3

Calcule el calor Q para cada tiempo t.Recuerde que la potencia es de 250 [W] y se mantiene constante. 𝑄 = 𝑃 𝑡 [ 𝐽 ]


Actividad 4

Ubique en una gráficalos puntos experimentalesobtenidos del calor suministradoen función de la temperatura.


Actividad 5

Obtenga el modelomatemático del calorsuministrado en función delincremento de latemperatura.

Q [ J ] = m [ J/°C ] T [°C] + b [ J ]


Actividad 6

Realice el modelo gráficodel calor suministrado enfunción de la temperatura.


Actividad 7

Del modelo matemático 1 obtenidodetermine la capacidad térmica (C) yla capacidad térmica específica (c).

La pendiente es igual a la Capacidadtérmica.m= Cc = C/ masa


Actividad 8

Calcule la energía suministrada en forma de calorQsum= P t.[J] así como el incremento de temperatura paracada valor de tiempo. Llene la tabla 7.3.Recuerde que la temperatura inicial es:

𝑇0 = 10 [°C]

𝑇 = 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑇0


Tabla 7.3


Actividad 10

Obtenga el modelo matemáticodel calor suministrado enfunción del incremento de latemperatura.

Q [ J ] = m [ J/°C ] T [°C] + b [ J ]


Actividad 11

Realice el modelo gráfico del calorsuministrado en función del incremento de latemperatura.


Simulador 2

Observe la pantalla del simulador 2. Presione el botón “play” y observe en la gráfica las diferentes fases del agua.

.





Actividad 15


Registre en que temperatura existe uncambio de fase de sólido a líquido y delíquido a gas. Considere que estos valoresson a nivel del mar. Complete la siguientetabla.



Cuestionario


Modelo Matemático 1

En la ecuación de la recta, sustituimos las variables.

Nos queda:

𝑌 = 𝑚 𝑋 + 𝑏

Q [ J ] = 836.90 [ J/°C ] T [°C] − 8333.63 [ J ]


Modelo Matemático 2

En la ecuación de la recta, sustituimos las variables.

Nos queda:

𝑌 = 𝑚 𝑋 + 𝑏

Q [ J ] = 836.96 [ J/°C ] ∆T [°C] + 39.213 [ J ]


Modelo Gráfico 2


Capacidad térmica

Del modelo matemático obtenido, sabemos que:

La pendiente representa la capacidad térmica

𝐶 = 836.90𝐽

°𝐶

Q [ J ] = 836.90 [ J/°C ] T [°C] − 8333.63 [ J ]


Capacidad térmica esp

Para la capacidad térmica específica, dividimos a la Capacidad térmica entre la masa.

𝑐 =𝐶

𝑚𝑎𝑠𝑎

𝐽

𝑘𝑔 °𝐶


Valor patrón del agua:


𝑘𝑔ȁΔ °𝐶


𝑘𝑔ȁΔ °𝐶

Valor experimental del agua obtenido:


Expresiones matemáticas


PresentaciónM en A. M. del Carmen Maldonado Susano

ApoyoIng. Juan González RuanoIng. Álvaro Gámez EstradaIng. Wendy Robles GuillénIng. Juan Manuel Gil Pérez

Edición


Coordinador de FísicaIng. Gabriel Jaramillo Morales

Jefa de DepartamentoQ. Esther Flores Cruz

Jefa de Academias de LaboratorioQ. Antonia del Carmen Pérez León

Coordinación de Física y Química


Bibliografía

Manual de Prácticas de Física Experimental

Aguirre Maldonado ElizabethGámez Leal RigelJaramillo Morales Gabriel Alejandro


Referencias

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