Informe 8 Calor Absorbido Disipado Conveccion

LABORATORIO DE FÍSICA II

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 1

LABORATORIO DE FÍSICA II I.

OBJETIVO  Investigar el comportamiento de la energía térmica absorbida/disipada por una sustancia líquida.  Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido/disipado para diferentes proporciones del líquido. 

II.

Investigar cómo se transporta el calor en los líquidos

EQUIPOS Y MATERIALES Calor absorbido - disipado

Equipo de calentamiento (machero bunsen) Soporte Universal 1 clamp 1 termómetro 1 Agitador 1 vaso de precipitado 500 mL 1 vaso de precipitado 200 mL Agua potable Papel toalla 1 vaso de espuma de poliuretano de 200 g (8 onzas) aproximadamente.  Cronómetro  Cubos de hielo (25 g aproximadamente)  Papel milimetrado          

Convección

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 2

LABORATORIO DE FÍSICA II         

Equipo de calentamiento (machero bunsen) Soporte Universal 1 clamp 1 termómetro 1 pinza universal 1 vaso de precipitado 200 ml 1 cuchara de mango Permanganato de potasio Espiral de papel preparado

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 3

LABORATORIO DE FÍSICA II

III.

FUNDAMENTO TEÓRICO

La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variación de temperatura. Esto es: Q α m (T – T0) Q = mc (T- T0 ) Donde,

c = calor especifico T0 = Temperatura inicial de referencia T: Temperatura Final

El suministro de energía térmica por unidad de tiempo a un cuerpo, corresponde a que este recibe un flujo calorífico H. Si el flujo es constante, H=

Se tiene:

dQ dt

dQ dt

=

= mc

cte dT dt = H, luego dT =

H mc dt

Integrando e iterando se tiene: T

t

∫ dT = T0

T=

H mc

H ∫ dt mc 0

t + T0

La ecuación (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde H/mc representa la pendiente t T0 la temperatura inicial.

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 4

LABORATORIO DE FÍSICA II Si el cuerpo se encuentra en un sistema adiabático, el trabajo de dilatación se realiza a expensas de la energía interna. Sin embargo, la variación de la energía en el interior del cuerpo en un proceso no coinciden con el trabajo realizado; la energía adquirida de esta manera se denomina cantidad de calor, es positivo cuando absorbe calor y negativo cuando disipa calor.

CONVECCIÓN La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejo la caliente. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida). En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido. La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del Enfriamiento de Newton:

Donde es el coeficiente de convección (ó coeficiente de película), es el área del cuerpo en contacto con el fluido, es la temperatura en la superficie del cuerpo y es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 5

LABORATORIO DE FÍSICA II

IV.

PROCEDIMIENTO Montaje 1 Calor absorbido/disipado 1. Montamos el equipo como muestra.

se

2. Colocamos 400 g de agua en el vaso pirex a temperatura del ambiente, casi hasta la parte superior.

3. Anotamos el valor de la temperatura y el volumen del agua. T 0 =24 ° C

V =400 ml

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 6

LABORATORIO DE FÍSICA II

4. Encendimos el mechero. Buscamos un flujo aproximadamente constante. La llama no debe estaba muy fuerte ni estuvo muy cerca del vaso.

5. Medimos la distancia entre la llama y el vaso. Tuvimos que mantener esta distancia todo el experimento para que no varíen las condiciones experimentales. 6. Agitamos el agua previamente para leer la temperatura cada 30 segundos hasta llegar al punto de ebullición. Anotamos los datos en la Tabla 1 TABLA 1 magua=400 g

t (min)

T(°C)

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

26 28 31 33 35 38 40 43 45 46 48 50

Temperatura inicial = 24 °C t (min) T(°C) t (min) T(°C) 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0

52 54 56 58 61 62 64 66 67 69 71 72.5

12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0

74 75 77 78 79 80 81 81.5 82 83 84 85

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

t (min)

T(°C)

18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0

86 87 88 88.5 89 89.5 90 90.5 91 92 93.5 94 PÁGINA 7

LABORATORIO DE FÍSICA II

7. Repetimos los pasos 1 y 5 bajo las mismas condiciones anteriores; ahora usando la mitad de la cantidad de agua anterior. Anotamos los datos en la Tabla N°2. TABLA 2 magua=200 g Temperatura inicial = 30 °C t (min) T(°C) t (min) T(°C) t (min) T(°C) 0.5

34

3.5

63

6.5

83

1.0

38

4.0

67

7.0

86

1.5

42

4.5

69.5

7.5

89

2.0

48

5.0

73

8.0

92.5

2.5

53

5.5

76

8.5

96

3.0

58

6.0

80

9.0

99

8. Graficamos la variación de temperatura T versus el tiempo t, para los 2 casos anteriores. Gráfica de la tabla 1

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 8

LABORATORIO DE FÍSICA II

T(°C) vs t (min) 100 80 60 T (°C )

40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

t (min)

Gráfica de la tabla 2

T (°C) vs t (min) 120 100 80 T (°C )

60 40 20 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

t (min)

INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

PÁGINA 9

LABORATORIO DE FÍSICA II 9. Determinamos la ecuación de la gráfica por el método de mínimos cuadrados, considerando la temperatura hasta 75°C.

y=m ' x+ b