LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTONLABORATORIO DE FÍSICA II

DINORA MONTOYAJACK CHAVEZLUIS TORRES

211411532091126821041069

INSTRUCTOR DANIEL ZELAYA

SAN PEDRO SULA, CORTÉS30/05/2013

Ley de Enfriamiento de Newton

I. OBJETIVOS

1. Comprobar la ley de enfriamiento de Newton con agua. 2. Analizar una ley alterna de calentamiento.

II. PRECAUCIONES EXPERIMENTALES

1. Asegurarnos que el montaje este firme sobre la mesa2. Asegurarnos que el sensor este sumergido en el agua.3. No sacar nunca el sensor del tubo de ensayo.4. Asegurar de que toda el agua en el tubo se halla sumergida en la mezcla hielo-agua

del recipiente

III. RESUMEN INTRODUCTORIO

A. Estudio de la Ley de enfriamiento de Newton Prepare el recipiente grande con bastante agua. Permita que se alcance el equilibrio térmico. Mantenga un termómetro dentro de la mezcla y comience a trabajar a partir del momento que la temperatura se estabilice; ésa será la temperatura ambiente. Llene el tubo de ensayo con agua del tiempo y mida la temperatura con el termómetro de mercurio y calibre el sensor del cobra; ésta será la temperatura inicial del líquido. Introduzca el sensor del cobra dentro del tubo de ensayo, ahora introduzca ambos en el recipiente donde tiene la mezcla hielo-agua.

B. Comportamiento creciente de la temperatura con el calentamiento

Calentar agua en el ‘beaker’ con el montaje del pie estático y el mechero. Una vez que empiece a hervir el agua introducir un termómetro de mercurio para tomar la temperatura final ambiente, saque de la mezcla hielo-agua el tubo de ensayo e introdúzcalo en el ´beaker´ que esta con el agua en ebullición. Programa del sensor del cobra tomara registro de las temperaturas cada 8 segundos.

IV. REGISTRO DE DATOS

1. Registre las temperaturas ambiente e iniciales en ambas actividades, de forma que aparezcan muy claras en su reporte.

Procedimiento ATemperatura Ambiente °C 24.58

Temperatura inicial °C 24.58

Procedimiento BTemperatura Ambiente °C 24.58

Temperatura inicial °C 2.09

2. Las tablas Temperatura vs. Tiempo de ambas actividades.

Procedimiento ATiempo s Temperatura °C

0 24.588 23.21

16 22.1524 21.5532 20.1840 18.5248 17.3156 16.2564 15.1972 14.1380 13.5288 12.7696 12.16

104 11.4112 10.8120 10.19128 9.73136 9.43144 8.98152 8.52160 8.22168 8.22

176 7.61184 7.46192 7.16200 6.71208 6.55216 6.4224 6.1232 6.1240 5.95248 5.8256 5.65264 5.49272 5.34280 5.04288 5.04296 4.89304 4.74312 4.74320 4.74328 4.59336 4.28344 4.28352 4.13360 4.13368 4.13376 3.98384 3.98392 3.68400 3.98408 3.83416 3.68424 3.53432 3.53440 3.53448 3.68456 3.22464 3.07472 3.22480 3.22488 2.92496 2.92504 2.92512 2.77

520 2.77528 3.22536 2.77544 2.92552 2.92560 2.77568 2.77576 2.92584 2.92592 2.77600 2.62608 2.62616 2.62624 2.47632 2.47640 2.31648 2.31656 2.31664 2.31672 2.16680 2.16688 2.01696 2.16704 2.16712 2.16720 2.01728 2.01736 2.01744 1.71752 1.86760 1.86768 1.86776 1.86784 1.71792 1.71800 1.71808 1.56816 1.86824 1.56832 1.56840 1.56848 1.56856 1.41

864 1.41872 1.25880 1.25888 1.41896 1.41904 1.25912 1.25920 1.25928 1.1936 1.1944 1.25952 0.95960 1.1968 1.1976 1.25984 1.1992 0.95

1000 0.951008 0.951016 0.81024 0.81032 0.8

Procedimiento BTiempo Temperatur

a0 2.098 8.45

16 9.5124 26.0232 32.3840 33.7448 37.8356 42.6864 47.3772 51.9180 56.1588 59.7996 63.12

104 66112 68.42120 70.54128 72.66136 74.18144 75.69152 77.05160 77.96168 79.17176 79.93184 80.84192 81.75200 82.35208 82.96216 83.72224 84.17232 84.62240 85.23248 85.68256 86.14264 86.44272 86.9280 87.35288 87.65296 88.11304 88.41312 88.56320 89.02328 89.32336 89.62344 89.77352 90.08360 90.23368 90.68376 90.83384 90.83392 91.14

V. CALCULOS

1. Una vez que haya hecho las gráficas, calculará los coeficientes ‘k’.

T(t)=T_a+Ce^(-kt)

19.91=20+Ce^(-k0)

19.91-20=C

-0.09=C

18.85=20-0.09e^(-k8)

18.85-20=-0.09e^(-k8)

-1.15=-0.09e^(-k8)

(-1.15)/(-0.09)=e^(-k8)

12.78=e^(-k8)

ln(12.78)=ln(e^(-k8))

2.55=-8k

-0.31875=k

T(t)=T_a+Ce^kt

20.52=20+Ce^k0

20.52-20=C

0.52=C

32.03=20+0.52e^k8

32.03-20=0.52e^(-8)

12.03=0.52e^k8

12.03/0.52=e^k8

23.13=e^k8

ln(23.13)=ln(e^k8)

3.14=8k

0.3925=k

VI. RESULTADOS

1. Gráficos Temperatura vs. Tiempo para ambas actividades

0 100 200 300 400 500 600 7000

5

10

15

20

25

f(x) = − 0.0237659208261618 x + 13.8217142857143 Series2Linear (Series2)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100f(x) = 0.0313897414898163 x + 73.2178235294118

Series2Linear (Series2)

2. Mediante regresión, grafique las rectas: ln (T ( t )−T∝

T I−T ∝)=−kt

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

Calentamiento

-6 -5 -4 -3 -2 -1 00

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

Enfriamiento

3. Valor de cada coeficiente ´k´, comparación con el valor ‘teórico’ (éste habrá de investigarlo: con facilidad lo debe poder obtener a través de ‘Internet’) y discusión correspondiente.

0.39 y -0.31

VII. CUESTIONARIO

1. ¿Qué cantidades cambiarían si la experiencia se hubiera realizado en Tegucigalpa? ¿Aumentarían o disminuirían? Explique. Hubiese cambiada las temperaturas porque las temperatura ambiente hubiese sido diferente por lo tanto el valor de “k” hubiese diferido al del hecho en la practica también.

2. Suponga que en lugar del tubo de ensayo se introdujo en la mezcla agua-hielo un trozo de una varilla de hierro al rojo. Asuma que: 1) la parte de la varilla no sumergida queda al vacío, no en contacto con el aire y, 2) la mezcla hielo-agua es suficiente de modo que su temperatura siempre permanezca constante, a pesar de la presencia de la varilla. ¿Cómo variaría la temperatura a lo largo de la longitud de la varilla? (Investigue sobre conducción calorífica) No habría intercambio de temperatura porque al no haber aire la temperatura seria constante.2)La varilla tendría diferentes temperaturas porque no toda la varilla esta siendo sometida a la misma temperatura sino que desde un extremo esta adquiriendo cierta temperatura, la cual se va extendiendo poco a poco hasta que el sistema en la varilla este equilibrada. Aun que al final de cierto tiempo la temperatura en toda la varilla seria 0 porque estaría absorbiendo constantemente una temperatura 0.

3. Si, en las mismas condiciones, realiza esta experiencia con glicerina en el tubo de ensayo, ¿qué cantidad debe cambiar en la ley de enfriamiento o en la de calentamiento? Seria siendo siempre la misma porque la temperatura final del sistema bajo cualquier tipo de situaciones externas seria 0. Lo que debería cambiar seria el tiempo en que la varilla alcance la temperatura 0 y al mismo tiempo la conductividad térmica “k”.

4. En lo experimentado por usted, se ha dado una situación real en el variable tiempo que no se ajusta al modelo exponencial –aparte de los errores estadísticos que se puedan reflejar al graficar-. Indique dónde se halla esta diferencia.

Calibración de un Termómetro

I. OBJETIVOS

1. Realizar la escala en grados Celsius en un termómetro sin graduar.

II. PRECAUCIONES EXPERIMENTALES

1. Asegurarnos que el montaje este firme sobre la mesa2. Usar guantes por las altas temperaturas

III. RESUMEN INTRODUCTORIO

Con y hielo de la bandeja y un termómetro graduado de sumergen ambos termómetros y se mancan donde el termómetro graduado marca cero esa será nuestra referencia para el termómetro de la misma manera se introducen ambos termómetros en el agua hirviendo a 100°C y se marca en el termómetro sin graduar.

IV. REGISTRO DE DATOS

1. Del comportamiento de la columna de líquido azulMientras el líquido se enfría la columna se comprime mientras cuando se calienta la columna se expande.

2. De las diferentes temperaturas tomadas en ambos termómetrosLas temperaturas se mantuvieron casi iguales en todo el proceso tanto de evaporación como en el proceso de enfriamiento.

3. De la escala hecha para el termómetro sin graduar

T max−T min=m(T max°C−Tmin °C)

T Fisica=m(T°C−Tmin )

EscalaChester 0 a 10

10−0=m (96−2 )

m= 547

T Fisica=547

T c

I. RESULTADOS

1. Registros de temperatura en agua con hielo y en agua hirviendoHielo: 2°CAgua hirviendo: 96°C

2. Copia fiel en el reporte, de la escala realizada en el termómetro sin graduarLa escala a usar será de 10°C por cada 1.6 centímetros. Tomando como inicio los 2°C del agua en hielo y los 96°C del agua hirviendo.

3. Tabla de las temperaturas con ambos termómetros.

T Fisica=547

T c

Temperatura en °C Temperatura en escala sin graduar

0 0

10 1.06

30 3.19

70 7.44

90 9.57

95 10.1

4. CUESTIONARIO

1. Exponga y explique el comportamiento de la columna azul mientras duró todo el proceso. Asumiendo que se refieren a la columna azul del termómetro sin escala se observo que se comportaba de una forma diferente que al del termómetro graduado.

2. A una atmósfera de presión el punto de fusión del agua es 0oC y el punto de ebullición es a 100° C. ¿Estos son los valores que están representados en la escala que se realizó? ¿Por qué? Porque en todo ambiente natural estamos sometidos a presión atmosférica, entonces en presiones atmosféricas el punto de fusión del agua y de ebullición seria bajo un ambiente natural a 0ºC y 100ºC respectivamente

3. Si hubiera calentado el agua con el vaso tapado arriba, ¿qué hubiera observado?: a. En el tiempo para alcanzar la ebullición,

El tiempo que se hubiese esperado para la ebullición hubiese sido menor, porque hubiese existido menos transferencia de calor.

b. En la temperatura de ebullición, La temperatura de ebullición hubiese sido siempre la misma porque la ebullición se da a 100ºC a presión atmosférica.

c. ¿por qué? a) Porque hubiese existido menos transferencia de calor con el

ambienteb) Porque la ebullición ya está dada a cierta temperatura bajo una presión determinada y no depende de otra circunstancia.

4. Suponga que va a construir una nueva escala, la escala Pérez, cuyos puntos fijos van a ser los mismos: fusión y ebullición del agua. Al primero asocia 91ºP y al segundo, 356ºP.

a. ¿cuál sería la fórmula para relacionar la escala Pérez y la Celsius?y-y0=m(x-x0)356-91=m(100-0)265=m(100)m=265/100M=2.65P=2.65*(TºC)+91

b. ¿qué valores de temperatura Pérez corresponderían a los cuatro señalados en III.13?