práctica 3 temperatura

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE QUÍMICA

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

PRÁCTICA 3: Temperatura

Prian Zama María del Mar

25/08/2015

1

ContenidoPráctica 2: Temperatura........................................................................................................3

Objetivos:...........................................................................................................................3

Introducción.......................................................................................................................3

Temperatura..........................................................................................................................3

Hipótesis............................................................................................................................3

Material, Equipo y reactivos..............................................................................................3

Procedimiento experimental..............................................................................................4

Condiciones ambientales...............................................................................................4

Diagrama de flujo:.............................................................................................................4

Resultados.........................................................................................................................5

Cálculos.............................................................................................................................6

Discusión y Análisis de resultados..................................................................................11

Conclusiones...................................................................................................................11

Bibliografía..........................................................................................................................11

2

Práctica 2: Temperatura

Objetivos:1. Comprender el concepto de temperatura estableciendo el equilibrio térmico entre

dos o más sistemas.2. Proponer una escala empírica de temperatura y relacionarla con otras escalas

conocidas, como las escalas Celsius o escala Fahrenheit.3. Comprender el concepto de temperatura a través de la experimentación y la

creación de una nueva escala de medición de temperatura.

IntroducciónLa temperatura es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones.

La temperatura está definida por el principio cero de la termodinámica: que establece que si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico, con un tercer sistema C, entonces los sistemas A y B estarán en equilibrio térmico entre sí.1 Este es un hecho empírico más que un resultado teórico. Ya que tanto los sistemas A, B, y C están todos en equilibrio térmico, es razonable decir que comparten un valor común de alguna propiedad física, a esta propiedad se le llama temperatura.

Las escalas de medición de la temperatura se dividen fundamentalmente en dos tipos, las relativas y las absolutas. Los valores que puede adoptar la temperatura en cualquier escala de medición, no tienen un nivel máximo, sino un nivel mínimo: el cero absoluto. Mientras que las escalas absolutas se basan en el cero absoluto, las relativas toman una base “arbitraria”.

Temperatura

HipótesisSi la escala

Material, Equipo y reactivos 1 probeta de 100mL 2 termómetros de mercurio (-10°C

a 150°C) 1 vaso de precipitados de 600mL 1 vaso de precipitados de 250 mL 1 frasco de Dewar de 300mL 1 mechero Bunsen o una

resistencia eléctrica

1 tripie 1 tela de alambre con asbesto Agua Hielo Cinta adhesiva 1 regla de 30 cm

3

Procedimiento experimental

Condiciones ambientalesInicio: la temperatura ambiente era de: 22.7°C

Término: la temperatura ambiente era de:

1. Cubrir con cinta adhesiva la escala de uno de los termómetros, permitiendo que se vea la columna de mercurio. Este termómetro se graduará en °E.

2. Colocar hielo en un vaso de precipitados de 250mL e introducir los dos termómetros y esperar a que se alcance el equilibrio térmico.

3. Registrar la temperatura leída en el termómetro en °C.4. Marcar sobre la cinta adhesiva del otro termómetro el nivel que alcance la columna

de mercurio.5. En un vaso de precipitados colocar aproximadamente 500mL de agua y calentarla

hasta que alcance su punto de ebullición. Introducir los dos termómetros en el vaso y registrar las lecturas en ambos termómetros. (estas lecturas de temperatura corresponden al punto fijo superior)

6. Preparar diferentes mezclas de agua fría y agua caliente, y colocarlas en el frasco Dewar.

7. Introducir ambos termómetros en cada una de las mezclas. Registrar las lecturas de temperatura en cada una de las mezclas.

8. Una vez concluidas las determinaciones retirar con cuidado la cinta adhesiva del termómetro y colocarla bien extendida en una hoja para asignar valores a los puntos fijos y hacer la división del intervalo para encontrar el valor de cada grado en la escala °E y de esta forma determinar los valores de temperatura registrados en la cinta adhesiva para la escala °E.

Diagrama de flujo:

4

Resultados

Tabla 1: Registro de temperaturas

Condiciones:

Temperatura agua de la llave:

Temperatura del agua caliente:

Temperatura ambiente:

Mezcla %Agua fría Agua %Caliente Temperatura (°C)Hielo

Agua hirviendoM1M2M3M4

5

Cálculos

Incertidumbre: Masa del cono

m=∑ x in

=303.930

=10.13 g

Tipo de incertidumbre Cálculo Resultado

U(x) U ( x )=∑i=1

30 (10.13−xi)2

30−1=0.2929

0,1

Ua(x)…..(15) Ua= 0.1√30

0,02

Ur ------(16) Ur=r (resolución del instrumento) 0,1

Ub(x)….(17) Ub=Ur2

=0,12 0,05

Uc(x)…..(18) Uc=√ (0,02 )2+(0,05)20,05

X X=x±Uc x=10.1±0,5g

Incertidumbre: Altura del cono

m=∑ x in

=7.6cm


U(x) U ( x )=∑i=1

30 (7.6−x i)2

30−1=0.004

29 0,3×10−4

Ua(x)…..(15) Ua=0.10,3×10−4

√30 2,4×10−5


Ub(x)….(17) Ub=Ur2

=0,012 5×10−3

Uc(x)…..(18) Uc=√(2,4×10−5)2+(5×10−3)2 5×10−3

6

X X=x±Ucx=7,6±5×10−3 cm

Incertidumbre: área de la base del cono

m=∑ x in

=1.98 cm

A=π r2

Tipo de incertidumb

reCálculo Resultad

o

U(x) U ( x )=∑i=1

30 (1,98−x i)2

30−1=0.0329

0,03

Ua(x)…..(15) Ua=0,03√30 5,47×10−3

Ur ------(16)Ur=r (resolución del instrumento) 0,01

Ub(x)….(17) Ub=Ur2

=0,012 5×10−3

Uc(x)…..(18) Uc=√(5,47×10−3 )2+(5×10−3)27.41×10−3

X X=x±Uc x=1,98±0.007 cm

Incertidumbre: Volumen del cono

Tipo de incertidumbr

eCálculo Resultado

V V= π r2h3

=(12.31)(7.61)

331,23 cm ³

Uc(x)…..(18)Uc ( x )=√∑i=1

n

( ∂ f∂ x )2

Uc 2(xi)=√( 7.613 )2

∗.092+( 12,313 )2

∗.0052 0,23

X X=x±Uc x=31.23±0.23cm

7

Diámetro Radio Frecuencia4.2 2.1 13.92 1.96 183.94 1.97 24.1 2.05 24 2.0 5

3.9 1.95 2

Incertidumbre: Densidad del cono


eCálculo Resultado

ρ ρ=mv

=(10.13)31,23

0,32 g/cm ³

Uc(x)…..(18)Uc ( x )=√∑i=1

n

( ∂ f∂ x )2

Uc 2(xi)=√( 131,23 )

2

∗.052+(−10.1331,232 )2

∗.02320,003

X X=x±Uc x=0.32±0.003g /cm ³

8

Incertidumbre: Masa del balín

m=∑ x in

=200430

=66.8g


U(x) U ( x )=∑i=1

30 (66.8−x i)2

30−1=6,6729

0,23

Ua(x)…..(15) Ua=0.23√30

0,04


Ub(x)….(17) Ub=Ur2

=0,12 0,05

Uc(x)…..(18) Uc=√ (0,04 )2+(0,05)20,06

X X=x±Uc x=66,8±0,6 g

Incertidumbre: radio del balín

m=∑ x in

=1,27 cm


U(x) U ( x )=∑i=1

30 (1,27−x i)2

30−1=3×10

−4

29 3,21×10−3

Ua(x)…..(15) Ua=3,21×10−3

√30 5,86×10−5


Ub(x)….(17) Ub=Ur2

=0,012 5×10−3

Uc(x)…..(18) Uc=√(5,86×10−5 )2+(5×10−3)2 5×10−3

9

Diámetro Radio Frecuencia2.52 1.26 32,53 1.265 202,54 1.27 7

X X=x±Ucx=1,27±5×10−3 cm

Incertidumbre: Volumen del balín


eCálculo Resultado

V V= 4π r3

3=4∗1,27

3

38,58 cm ³

Uc(x)…..(18)Uc ( x )=√∑i=1

n

( ∂ f∂ x )2

Uc 2(xi)=√ (4 π (1.27)3 )2+(0,23 )2 0,1

X X=x±Uc x=8,58±0.1cm ³

Incertidumbre: Densidad del balín


eCálculo Resultado

ρ ρ=mv

=(66,8)8,58

7.79g /cm ³

Uc(x)…..(18)Uc ( x )=√∑i=1

n

( ∂ f∂ x )2

Uc 2(xi)=√( 18,58 )

2

∗0,12+(−66,88,582 )2

∗0.062 0,09

X X=x±Uc x=7,79±0.09g /cm ³

10

Discusión y Análisis de resultadosLa hipótesis ha sido aceptada ya que la densidad del balín resultó ser mayor a la del cono. Este acierto se debió en gran medida a que al ser ambos objetos del mismo material, sabíamos que la densidad recaía en gran medida al tamaño del objeto. Sabiendo que la densidad es la relación entre la masa y el volumen, al tener dos objetos del mismo material es fácil asumir que la densidad del más grande será la mayor. No obstante es importante mencionar que en el caso del cono, la incertidumbre se redujo en gran medida, creemos que esto puede deberse a que teníamos más datos para determinar la densidad del mismo. Es decir, pudimos medir, altura, masa y diámetro; mientras que en el balín tan solo medidos la masa y el diámetro.

El margen de error del experimento fue muy poco, por tal motivo la variación en los datos es mínima. Así mismo, el valor de las incertidumbre es mínimo y al obtener el mensurando, éste da como resultado una variación mínima que no se sale del rango en que se encuentran los datos obtenidos.

Por otro, el número de mediciones (30 en total) es adecuado para el propósito de la práctica, pues nos permite mantener un buen nivel de confianza. Así mismo el instrumento utilizado para medir el diámetro y la altura (vernier) que permitió reducir la incertidumbre del instrumento hasta una milésima.

ConclusionesUna vez concluida la práctica, puede afirmarse que el procedimiento experimental y los instrumentos elegidos fueron los adecuados. A pesar de esto, la incertidumbre siempre puede ser reducida un poco más, por lo que de tener que hacer mejoras al procedimiento se sugiere que se realice un mayor número de mediciones y que el peso de los objetos se haga con una balanza distinta cuya incertidumbre sea menor.

BibliografíaApuntes Física 1: laboratorio de física. Profesor Filiberto Rivera, 2012

Lozano Leyva, Manuel. DE ARQUIMIDES A EINSTEIN: LOS DIEZ EXPERIMENTOS MÁS BELLOS DE LA FÍSICA. Plaza MAdrir, 2005

Roberto Gleason Villagrán, propuesta de prácticas para el Laboratorio de Física, Facultad de química.

11

práctica 3 temperatura

Documents