INFORME 8 - CALOR ABSORBIDO DISIPADO-DISIPADO Y CONVECCIÓN

LABORATORIO DE FÍSICA II

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA FACULTAD DE MECÁNICA DE FLUIDOS TEMA: CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN (EXPERIENCIA 8) CURSO:

LABORATORIO DE FISICA II

PROFESOR:

MABEL TESILLO

INTEGRANTES:

NOMBRES Ibañez silva kelvin Yacila Vilca Beny Vásquez Contreras Michael Picón Panuera Wilson

CÓDIGO 12190156 12190035 12190121 11130054

2013 INFORME N°8 – CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

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LABORATORIO DE FÍSICA II

CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN I.

II.

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.

MATERIALES

 Equipo de calentamiento (machero bunsen)  Soporte Universal  1 clamp  1 pinza de agarradera  1 termómetro digital  1 vaso de precipitado 500 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 Líquido: agua

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LABORATORIO DE FÍSICA II III.

FUNDAMENTO TEÓRICO

El calor absorbido o disipado es la cantidad de energía térmica que se desprende o se adhiere a un cuerpo. Convección es una de las formas de propagación de calor y se da como observamos durante el experimento en fluidos tanto como en el aire. El cambio de temperatura provoca un cambio de densidades lo cual hace que las moléculas del aire se muevan. Como aplicación se puede usar para elegir materiales de mejor calidad para un proceso determinado donde se use calor, ya sea si se necesita un material el cual absorba menos calor o más calor dependiendo de lo que se necesite. Sabiendo el calor especifico absorbido por un cuerpo esta selección puede ser mucho más fácil y efectiva. En el caso de la convección un ejemplo claro es el uso de los globos aerostáticos, se observa claramente como para lograr una mayor altura se intensifica la potencia de la llama lo cual hace que se eleve más el globo.

IV.

PROCEDIMIENTO Montaje 1 Calor absorbido/disipado 1. Montamos el equipo como muestra la guía. 2. Colocamos en el vaso pirex agua a temperatura del ambiente, casi hasta la parte superior. 3. Anotamos el valor de la temperatura y el volumen del agua.

4. Encendemos el mechero. Buscamos un flujo aproximadamente constante. La llama no debe ser muy fuerte ni estar 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 varien las condiciones experimentales. Distancia 0.

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6. Agitamos el agua previamente y leemos la temperatura cada 30s hasta llegar al punto de ebullición. Anotamos los datos en la Tabla N°1. TABLA 1 (m = 400 g)

T (°C)

21

22.5

25

27.5

30

32.5

35

37.5

40

42.7

45.2

48

49.5

53

55.5

58.5

61

63.3

65.5

68

70

72.5

74.3

76

78

80

82

84

86

87.5

89

90.5

92

93

94

t (s)

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

390

420

450

480

510

540

570

600

630

660

690

720

750

780

810

840

870

900

930

960

990

1020 1050

7. Repita los pasos 1 y 5 bajo las mismas condiciones anteriores; ahora use la mitad de la cantidad de agua anterior. Anote los datos en la Tabla N°2. TABLA 2 (m/2 = 200 g)

T (°C)

22

27

33

39.5

45.5

51.3

57

62.5

68

72.8

77.5

82.5

86.8

91

94.5

97.8

-

-

-

-

-

-

-

t (s)

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

390

420

450

480

-

-

-

-

-

-

-

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LABORATORIO DE FÍSICA II 8. Grafique la variación de temperatura T versus el tiempo t, para los 2 casos anteriores. Gráfica de la tabla 1

T (°C) vs. t (s) 120 100

T (°C)

80 60 40

y = 0.0761x + 19.925

20 0 0

200

400

600

800

1000

1200

500

600

t (s)

Gráfica de la tabla 2

T (°C) vs. t (s) 120 y = 0.1726x + 19.03

100

T (°C)

80 60 40 20 0 0

100

200

300

400

t (s)

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LABORATORIO DE FÍSICA II

9. Determine la ecuación de la grafica por el método de mínimos cuadrados, considerando la temperatura hasta 75°C. De los gráficos

De los dos gráficos ¿Cómo identificarías el líquido que tiene mayor masa? Para poder identificar cual gráfica pertenece a un liquido de mayor masa tomamos un valor de tiempo comparamos los valores de tiempo correspondientes de temperatura, aquel que presente una temperatura mayor presentará mayor masa por lo tanto el que presente menor temperatura será la gráfica para la mayor masa. En la gráfica será aquella que tenga la pendiente menor. Qué relación existe entre la pendiente del gráfico T = T(t) con la cantidad de calor? Si vemos el gráfico de temperatura vs tiempo veremos que la pendiente expresa la variación de la primera respecto al tiempo siendo el ángulo de la pendiente mayor cuando la masa que se analizo es menor. Para nuestro caso vemos que la pendiente de la gráfica que corresponde a 200g es mayor que la correspondiente a la de 400g de agua. En conclusión si analizamos únicamente una gráfica veremos que cuando el ángulo de la pendiente es constante entonces la cantidad de calor es constante, pero si comparamos las 2 graficas vemos que para una determinada variación de tiempo la variación de temperatura es distinta por lo que si se quiere hacer igual dicha variación habría que variar la cantidad de calor.

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LABORATORIO DE FÍSICA II Método de mínimos cuadrados para la primera tabla.

T (°C) 21 22.5 25 27.5 30 32.5 35 37.5 40 42.7 45.2 48 49.5 53 55.5 58.5 61 63.3 65.5 68 70 72.5 74.3 76 78 80 82 84 86 87.5 89 90.5 92 93 94

t (s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 870 900 930 960 990 1020 1050

∑

x=t 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 9000

y=T 21 22.5 25 27.5 30 32.5 35 37.5 40 42.7 45.2 48 49.5 53 55.5 58.5 61 63.3 65.5 68 70 72.5 74.3 76 1174

xy 630 1350 2250 3300 4500 5850 7350 9000 10800 12810 14916 17280 19305 22260 24975 28080 31110 34182 37335 40800 44100 47850 51267 54720 526020

x2 900 3600 8100 14400 22500 32400 44100 57600 72900 90000 108900 129600 152100 176400 202500 230400 260100 291600 324900 360000 396900 435600 476100 518400 4410000

Hallando el “m“ y ” b “ mediante mínimos cuadrados m = 0.08286957

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b = 17.8405797

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LABORATORIO DE FÍSICA II Método de mínimos cuadrados para la segunda tabla. T (°C)

10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.∑ 23.

t (s)

22 27 33 39.5 45.5 51.3 57 62.5 68 72.8 77.5 82.5 86.8 91 94.5 97.8

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480

X=t 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 1980

y=T 22 27 33 39.5 45.5 51.3 57 62.5 68 72.8 77.5 556.1

xy 660 1620 2970 4740 6825 9234 11970 15000 18360 21840 25575 118794

x2 900 3600 8100 14400 22500 32400 44100 57600 72900 90000 108900 455400

Hallando el “m” y “b” mediante mínimos cuadrados: m = 0.18884848

b = 16.5618182

10. Vierta esa agua caliente en la probeta graduada hasta 200ml. Luego viértalo en el vaso de espuma de poliuretano. Coloque un termómetro en el vaso de espuma y tome la temperatura cada 10 segundos durante 3 minutos. Anote los datos en la Tabla N°3. TABLA 3 T (°C)

91.5

90.5

90

89.2

88.8

88

87.3

86.9

86.2

85.6

85

84.7

84

83.5

82.9

82.6

82

81.6

-

-

-

-

-

t (s)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

-

-

-

-

-

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LABORATORIO DE FÍSICA II Gráfica de la tabla 3

T (°C) vs. t (s) 94 92

T (°C)

90 88 86 84 82

y = -0.0574x + 91.582

80 0

50

100

150

200

t (s)

11. Seque un cubo de hielo con una toalla de papel e introdúzcalo en el agua. 12. Continúe tomando la temperatura cada 10s, agitando suavemente, hasta 3 minutos después que el cubo de hielo se haya fundido. Anote los datos en la Tabla N°4.

TABLA 4 T (°C)

68.3

68.1

67.9

67.6

67.3

67

66.8

65.1

64.9

64.7

64.5

64

63.8

63.5

-

66.5 66 65.8 -

-

65.4

-

-

t (s)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

-

-

-

-

-

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LABORATORIO DE FÍSICA II Aproximadamente al minuto Determina el volumen final del agua. V=192 ml ¿Qué masa tenía el agua originalmente?

mo =190.08 g

¿Qué masa tenía el hielo originalmente?

mh =11.6162g

Explique cómo determinó estas masas: Se obtuvo el primero del volumen final y la del hielo haciendo derretir un cubo de hielo parecido al usado y poniéndolo en la pipeta para ver su volumen con esto hallado se pudo obtener su masa por medio de la densidad. 13. Haga una gráfica de T versus t. Gráfica de la tabla 4

T (°C) vs. t (s) 69 68 y = -0.029x + 68.71

T (°C)

67 66 65 64 63 0

50

100

150

200

t (s)

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LABORATORIO DE FÍSICA II Calcula la cantidad total de calor perdida por el agua mientras el cubo de hielo se fundía. ⁄

Montaje 2 Convección (Agua) 1. En el vaso de precipitados vierta alrededor de 200ml de agua. 2. Por el borde del vaso de precipitados deje caer en el agua algunos cristales de Permanganato de potasio. 3. Con la llama baja coloque el mechero debajo del borde inferior del vaso de precipitados. 4. Mientras se calienta, observe atentamente el agua coloreada. El Permanganato de potasio combinado con el agua modela el movimiento del liquido que es producido por la transferencia de calor por convección, donde las capas inferiores que están más en contacto con el mechero aumentan su volumen y disminuyen su densidad, por lo cual asciende la columna del liquido, mientras que las capas superiores, que están frías, se mueven hacia abajo. 5. Dibuje esquemáticamente en la figura 2 con líneas punteadas como el agua sube y baja. Explique lo que observa mientras se calienta el agua.

Montaje 3 Convección (Aire) 1. Desglose la hoja con las figuras de espirales y recorte cuidadosamente. 2. Haga un nudo en el sedal y páselo por un orificio previamente hecho en el centro del espiral. 3. Encienda el mechero con una llama baja. 4. Cuelgue la espiral entre los 15 y 20 cm por encima del mechero.

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5. Observe atentamente el fenómeno. Anote sus impresiones Cuando la espiral es colocada sobre el mechero, el aire que está cerca del fuego recibe calor, por consiguiente, el volumen de esta capa de aire aumenta y por eso su densidad disminuirá, haciendo que se desplace hacia arriba por la espiral para que sea reemplazado por aire menos caliente y más denso que viene de la región superior, este proceso continua con una circulación de masas de aire más caliente hacia arriba y de masas de aire frio hacia abajo este aire en movimiento moverá la espiral haciendo que entre en rotación.

¿Si la espiral estuviera confeccionada del otro sentido, el giro seria el mismo? ¿Por qué? No porque el aire que es empujado hacia la espiral giraría en el sentido que está confeccionada la espiral como una tuerca.

6. Señale tres ejemplos en los que observe este fenómeno. a. La generación de vientos b. Tormentas c. Ciclones y anticiclones

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LABORATORIO DE FÍSICA II V.

EVALUACIÓN

1. Si en el paso 9 en lugar de agua utiliza otro líquido de mayor calor específico, pero de igual masa, ¿Cómo sería el grafico? trácelo y descríbalo. Se observa una relación inversa entre el calor especifico de una sustancia con la pendiente de la recta .Como en nuestro caso la masa se mantiene constante y el calor especifico es mayor , en consecuencia la pendiente de la recta disminuye su valor .Gráficamente seria de la siguiente manera:

T(°C) vs t (s)

2. ¿Cuál es la razón de que en este experimento la temperatura no llegue a 100°c? La temperatura hubiese llegado a 100°c si se hubiese trabajado bajo una atmosfera de presión que es la presión atmosférica al nivel del mar, como en el laboratorio nos encontramos a unos cuantos metros sobre el nivel del mar no se logró observar que el agua llegase a hervir a dicha temperatura, ebullira un líquido y es por eso que el agua hirvió al llegar a los 97°c aproximadamente.

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3. Para el caso del agua, aproximadamente a partir de 75°c la gráfica de la temperatura versus el tiempo deja de tener comportamiento lineal ¿por qué? Es que ahí se podría decir que comienza a dar un cambio de estado de manera mínima y ya no tiene el mismo comportamiento.

4. Indique el tiempo que demoro en recorrer el intervalo 80°C y 85°C. Revise el caso registrado entre 50°C y 55°C. Para la tabla 1: Para el intervalo (80-85) es: 1 minuto 30 segundos aprox. Para la tabla 2: Para el intervalo (80-85) es: 30 segundos aprox.

5. ¿Qué significado tiene los datos del paso siete? Se trata de trabajar con las mismas condiciones, para notar la diferencia que hay cuando se trabaja con un volumen de agua, para luego trabar con la mitad de ese volumen.

6. Compare los tamaños de los intervalos de la temperatura para las masas m y m/2. Los tamaños de los intervalos de la temperatura m y m/2 son distintos, para un mismo intervalo de tiempo el tamaño del intervalo de la temperatura de m es menor que el de m/2 , pues la variación de la temperatura depende de manera inversa con la masa del líquido.

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7. Investigue y explique concisamente sobre la circulación océanoatmósfera La circulación del océano depende principalmente de dos factores atmosféricos: el viento y el calentamiento del agua de mar. El océano, que puede almacenar calor en mucha mejor forma que la atmósfera o que la tierra firme, absorbe más calor por unidad de área en la zona ecuatorial que en los polos. Este calor será transferido a las áreas más frías del océano mediante convección o movimiento del agua. La capacidad de almacenamiento de calor del océano es muy importante para modificar e influenciar el clima continental. El viento que sopla sobre el océano genera olas, mezcla las aguas superficiales y extrae vapor de agua desde la superficie del mar. El vapor de agua es llevado a la atmósfera por evaporación y, eventualmente, transferido a la tierra por precipitación. Este ciclo, llamado el ciclo hidrológico, se completa cuando el agua retorna al océano.

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LABORATORIO DE FÍSICA II 8. ¿Qué sucede en nuestro medio durante el fenómeno del niño? En el Perú, este fenómeno se caracteriza por el aumento de la temperatura del mar y por una mayor presencia de nubes y abundantes lluvias en la costa norte. Cuando es leve o normal, sus efectos son benignos y causa pocas pérdidas materiales. Pero cuando es grave o severo, sus efectos son desastrosos, se producen sequias e inundaciones. Durante el fenómeno de “EL NIÑO”, el mar que normalmente esta frio, se calienta, y al calentarse se llena de peces y moluscos de aguas tropicales. Los peces que normalmente Vivian en esas aguas frías migran hacia el sur o a zonas más profundas.

9. ¿Qué son los vientos alisios? ¿Qué fenómenos los producen? Los vientos alisios son masas de aire en movimiento, que se dirigen hacia el ecuador desde los trópicos; con sentidos; en el hemisferio norte de noreste al suroeste y en el hemisferio sur de sureste hacia el noroeste. Estos se generan debido a que en el ecuador se produce un ascenso de masas aire cálido, esto hace que se origine una zona de baja presión en esta zona que será ocupada por el aire proporcionado de los alisios.

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LABORATORIO DE FÍSICA II 10. Se sabe que el Sol está constituido por diversos gases, investigue usted cómo ocurre el transporte de energía a través de él. El transporte de energía se realiza por convección, de modo que el calor se transporta de manera no homogénea y turbulenta por el propio fluido en la zona convectiva. Los fluidos en esta zona se dilatan al ser calentados y disminuyen su densidad, por ende, se forman corrientes ascendentes de material de la zona caliente cercana a la zona de radiación hasta la zona superior y simultáneamente se producen movimientos descendentes de material desde las zonas exteriores frías.

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LABORATORIO DE FÍSICA II VI.

CONCLUSIONES

 De esta experiencia concluimos que los fluidos se desplazan de zonas calientes a zonas con menor temperatura, esto se comprobó observando el desplazamiento del permanganato.  En el experimento se obtuvo los siguientes datos:

TABLA

ECUACIÓN

1

y = 0.0761x + 19.925

2

3

4

y = 0.1726x + 19.03

y = -0.0574x + 91.582

y = -0.029x + 68.71

Donde la ecuación representa: T° = H/cm * t + b -

m es la pendiente y b es un punto de paso.

-

H es el flujo calorífico

-

C es e calor especifico

-

m es la masa

 En general a mayor masa mayor es el tiempo en calentar el agua.

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VII.

BIBLIOGRAFÍA  http://www.monografias.com/trabajos93/practica-densidad/practicadensidad.shtml  http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_mecanica/densidades _udesa1.pdf  http://www.cienciaredcreativa.org/guias/densidad.pdf  http://aleph.eii.us.es/palmero/docencia/arquimedes.pdf  http://books.google.com.pe/books?id=1KuuQxORd4QC&printsec=front cover&hl=es#v=onepage&q&f=false.

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