2. guias lab. fisica nivel 2

LABORATORIO DE FÍSICA

MATERIA FÍSICA Práctica Nº 1

DILATACIÓN LINEAL

1. OBJETIVOS:

Determinar el coeficiente de dilatación lineal de dos varillas metálicas.

2. BASES CONCEPTUALES

Se denomina dilatación térmica al aumento longitud, volumen o alguna otra dimensión

métrica que sufre un cuerpo físico debido al aumento de temperatura que se provoca en él por

cualquier medio. La contracción térmica es la disminución de propiedades métricas por

disminución de la misma.

Dilatación lineal: La experiencia muestra que para un cuerpo en forma de barra, la variación de

longitud ∆L con la temperatura es proporcional a la longitud inicial Lo y a la variación de

temperatura ∆T y depende del material del cuerpo.

∆L=α Lo∆T

Coeficiente de dilatación lineal se calcula con la expresión:

α =∆L/ Lo∆T (0C)

-1

3. MATERIALES

Equipo de montaje

2 barras de soporte, 500mm

3 manguitos en cruz

Placa de calentamiento (Hornilla)

Tubo de acero

Tubo de latón

2 espigas de eje, 30mm

Rodillo indicador con indicador, 300mm

Escala

Recipiente Erlenmeyer, 100ml

Tapón con perforación simple

Tubo de cristal corto en L

Tubos de goma

Equipo de adquisición de datos

Termocuplas

Polea 20mm

Flexómetro

4. MÉTODO

Proceder a armar el equipo experimental, revisando que todo se encuentre en buen estado.

Colocar el tubo de acero



Armar el equipo de adquisición de datos, con la termocupla

Determinar la temperatura inicial To del tubo de acero

Determinar la longitud inicial Lo del tubo de acero, con el flexómetro

Colocar cierta cantidad de agua en el recipiente Erlenmeyer y encender la hornilla

Registrar la temperatura de ebullición del agua, en el momento que se estabilice la temperatura T

Medir en la escala, la dilatación de la varilla, haciendo la relación 1:100

Repetir el procedimiento anterior para la varilla de latón

Completarla tabla de valores

Varillas Lo(m) ∆L (m) To (0C) T (

0C) ∆T (0C)

Acero

Latón

TRABAJOS:

Determinar el incremento de longitud, utilizando la escala. 1:100

Determinar el incremento de temperatura

Calcular el coeficiente de dilatación lineal de cada varilla (Valor experimental)

Consulte los coeficientes de dilatación en un texto (Valor teórico)

Calcular el error porcentual de los coeficiente de dilatación para cada varilla

5. CUESTIONARIO DE INVESTIGACIÓN

1. ¿De qué factores depende la dilatación lineal de un sólido y cómo influye cada uno? 2. ¿Qué significa que el coeficiente de dilatación lineal del aluminio sea 24.10-6 1/ºC? 3. ¿Qué relación existe entre los coeficientes de dilatación lineal, superficial y cúbica? 4. Indique tres aplicaciones de la dilatación lineal de los sólidos



6. BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAPHY \l 3082 Alvarenga, B., & Ribeiro, A. (2008). Física General. México:

Oxford Universities Press.

Resnick, R., Halliday, D., & Krane, K. S. (2003). Física . México: Continental.

Serway Raymond A., JewettJhon W. Jr. (2014). Física Para ciencias e ingenierías,

(Novena ed., Vol. 1 y 2). México: CengageLearnig.

Vallejo, P., & Zambrano, J. (2008). Física Vectorial. Quito: RODIN.



CALORIMETRÍA

1. OBJETIVOS:

Determinar experimentalmente el equivalente en agua del calorímetro.

Establecer experimentalmente la temperatura de equilibrio (final) de una mezcla y el calor específico de un cuerpo.

2. BASES CONCEPTUALES Calor es la energía que se transmite de un cuerpo a otro en virtud únicamente a la diferencia de temperatura entre ellos. En el intercambio energético, por la ley de conservación de energía se tiene que la cantidad de energía cedida por el cuerpo de mayor temperatura es igual a la cantidad de calor absorbida por el cuerpo de menor temperatura, ésta es conocida como la ley fundamental del intercambio de calor y se expresa mediante la ecuación 1.

Qcedido+Qabsorbido=0 Ec: 1

Cuando dos cuerpos, de diferente temperatura, que se encuentran en contacto tienden a igualar su temperatura después de transcurrido cierto tiempo mediante la transferencia de energía del uno (más caliente) hacia el otro (más frío), se dice que han llegado a un equilibrio térmico. Es decir, la condición para que exista equilibrio térmico es que la temperatura de los dos cuerpos en contacto sea la misma.

La unidad de calor de uso más común es la caloría que se define como la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 10C, ( de 14,50C a 15,50C)

El valor energético de los alimentos se determina quemando las sustancias y midiendo la cantidad de energía interna que se desprende en forma de calor. El contenido de energía de un combustible es la cantidad de energía que cierta cantidad de combustible cede en forma de calor al consumirse.

A fin de distinguir de la caloría, la unidad usada para los alimentos se llama con frecuencia Caloría (con C mayúscula). 1Caloría=1 000 calorías.

Hoy sabemos que el calor es una forma de energía, por tanto el calor en el S.I se mide en Julios (J), siendo su equivalencia: 1 caloría= 4,186 J.

Calor específico (c) de una sustancia, es la energía o cantidad de calor que es necesario suministrar a la unidad de masa de la sustancia para elevar su temperatura en 1 grado centígrado, expresada en la ecuación 2:

Ec: 2



Un calorímetro es un recipiente que aísla térmicamente a los objetos colocados en su interior, es decir impide la transferencia de calor del interior hacia el exterior y viceversa. Los elementos básicos de un calorímetro son: Un vaso calorimétrico (calorímetro), que se aísla del exterior introduciéndolo dentro de otro mayor y evitando el contacto entre ambos mediante la interposición de un material como el corcho, la goma, espuma flex, aire, etc. Un termómetro mide la temperatura dentro del vaso. Se dispone de manera que pase por un orificio de la tapa mientras su escala se mantiene visible desde el exterior. Un agitador, que permite acelerar el proceso de llegada al equilibrio térmico. Se dispone también de manera que penetre desde el exterior a través de otro orificio en la tapa. En la práctica, los cuerpos introducidos en el calorímetro intercambian calor con el vaso, el agitador y el termómetro, además del que intercambian con el agua. Pero el calorímetro, el termómetro, el agitador, etc., absorben calor, para simplificar la operación de hallar las masas y los calores específicos (a veces desconocidos) de cada elemento, se calcula el Equivalente en agua del Calorímetro, que no es otra cosa que una masa de agua hipotética (significa pensar que en vez de un recipiente, se tiene una determinada cantidad de agua) que intercambiará la misma cantidad de calor que dichos elementos y que es característica de cada aparato. Es importante tener presente que el equivalente en agua no es deducible de ninguna expresión teórica, sino que debe determinarse experimentalmente en cada caso particular. Calor específico del agua: 4 186 J/kg.0C

3. MATERIALES

Calorímetro

Termómetro

Balanza

Disco de amianto

Fuente de calor

Vaso de precipitados, 100ml

Vaso de precipitados, 250ml

Matraz Erlenmeyer, 100ml

Probeta graduada A=……ml

Pinza para vaso de precipitados

Grapas: aluminio, acero, cobre.

Agua. TRAER: 1tubo pequeño de hilo 1mm de grosor

4. MÉTODO Determinar el Equivalente en agua del calorímetro. Mezcla 1

Introducir 75 ml (m1) de agua a temperatura ambiente al calorímetro, medir la temperatura (T1) después de 2 minutos.



Calentar 75 ml (m2) de agua hasta 60 ⁰C (T2). En el vaso de precipitados (nunca en el calorímetro)

Introducir rápidamente el agua caliente en el calorímetro, tapamos y agitamos.

Medimos la temperatura final o de equilibrio de la mezcla (Tf), cuando ésta se estabiliza.

Según la ley fundamental del intercambio de calor se obtiene la ecuación:

( - ) ( ) ( - ) Ec: 3

Siendo c el calor específico del agua; c= 1cal/g0C

Determinar =E, que es el equivalente en agua del calorímetro, a través de la ecuación: Ec. 4

mcal = 1)1(

)2(2 m

TfT

TTfmE

TABLA 1

m1 T1 m2 T2 Tf E

g ⁰C g ⁰C ⁰C g

75 75 60

Mezcla 2

Introducir 50 ml (m1) de agua en el calorímetro, medimos la temperatura (T1).

Calentar en el vaso de precipitados grande, 100 ml (m2) de agua hasta 50 ⁰C (T2).

Introducir rápidamente el agua caliente en el calorímetro, tapamos y agitamos hasta que se alcance el equilibrio térmico (Tf).

TABLA 2

m1 T1 m2 T2 Tf E


50 100

Mezcla 3

Introducir 140 ml (m1) de agua en el calorímetro, medir la temperatura (T1).

Determinar la masa de la grapa de acero (m2)

En el vaso de precipitados grande introducir el cuerpo de prueba, suspendido de un hilo. Agregar agua hasta que cubra completamente el cuerpo y calentar hasta que el agua llegue al punto de ebullición (T2). Esperar 2 minutos hasta que se estabilice dicha temperatura.

Retirar el cuerpo y colocar en el calorímetro, tapar y agitar hasta que alcance el equilibrio térmico (Tf).

Repetir el proceso anterior para las demás grapas.



TABLA 3

Material m1 T1 m2 T2 Tf E


Acero 140

Aluminio 140

Cobre 140

TRABAJOS:

Realice un esquema gráfico, del montaje de la práctica.

Determine el equivalente en agua del calorímetro. Utilice la ecuación 4 y los datos de la Tabla 1.

Calcule el calor cedido y el calor absorbido para la mezcla 2. Utilice los datos de la Tabla 2. Expresar el resultado en el SI.

Mediante la ley fundamental del intercambio de calor, determine la temperatura de equilibrio (valor teórico) para la mezcla 2 Tabla 2, calcule el respectivo error porcentual de la medida experimental.

Mediante la ley fundamental del intercambio de calor, determine el calor específico para cada material (valor experimental) de la mezcla 3 Tabla 3, Expresar el resultado en el SI; consulte en un texto de Física los calores específicos (valores teóricos) y calcule los respectivos errores porcentuales.


Mediante un ejemplo explique la diferencia entre calor y temperatura

Al darle un martillazo a una moneda, ésta se calienta, ¿por qué?

Explicar lo que es el efecto invernadero

6. BIBLIOGRAFÍA

Alvarenga, B., & Ribeiro, A. (2008). Física General. México: Oxford Universities Press.







PROCESO ISOTÉRMICO DE UN GAS IDEAL

1. OBJETIVOS:

Estudiar el comportamiento de un gas cuando se varía su presión y volumen, manteniendo su temperatura y masa constantes.

Obtener el modelo matemático que relaciona las variables presión y volumen a partir de la gráfica P-V

2. BASES CONCEPTUALES

El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir, que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resulta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o número de moles (n).

Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene.

Se dejan comprimir fácilmente.

Se difunden fácilmente.

Se dilatan

Variables que afectan el comportamiento de los gases

1. PRESIÓN: Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.

2. TEMPERATURA: Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

3. CANTIDAD: La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa.

4. VOLUMEN: Es el espacio ocupado por un cuerpo.

5. DENSIDAD: Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y EdmeMariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen de un gas seco varía inversamente proporcional con la presión ejercida sobre él si la temperatura y la masa permanecen constantes.

: Donde es constante.



La fórmula que describe a los gases ideales es PV=nRT,

Donde:

P= presión

V=volumen

R=constante universal de los gases ideales cuyo valor es 8,31 J/mol.K=0,0821L.atm/mol.K

n=número de moles del gas

T=temperatura del gas

3. MATERIALES

Material de montaje

1 tubo manométrico (tubo en U)

Vaso de precipitados 250 mL.

Pie de rey TRAER

Alcohol (1/4 litro)

2 reglas graduadas en mm.

Jeringa

4. MÉTODO

Medir el diámetro interno del tubo manométrico con el calibrador Determinar la densidad del líquido a utilizarse (alcohol). Poner alcohol en el manómetro, luego sellar una de las dos ramas. En esta forma se

tiene el volumen del aire V0 a la presión atmosférica P0 en el extremo sellado. Medir la temperatura ambiente con el termómetro y transformar a oK con la fórmula:

Tk = Tc + 273 Con la jeringuilla, poner alcohol en el manómetro, si quedan burbujas, extraerlas. Cerrar la válvula del manómetro, NO PRESIONAR demasiado la válvula y colocar

alcohol por la otra rama para comprimir el aire más o menos 1 cm. Medir la altura (H) de la columna de aire encerrado en el tubo, y también la diferencia

de alturas (h) de los niveles de alcohol en ambos tubos. Repetir los pasos 5 y 6 para cuatro veces más.



H(m) Aire

h(m), alcohol

V(m3) Aire 1/V (m-3) P=P0 ρgh (Pa) W (J)

n (mol)

TRABAJOS:

Con la altura (H) del aire encerrado, calcule el volumen V=πD2H/4 y luego calcular 1/V.

Con la diferencia de alturas (h) entre los niveles de alcohol en los tubos, obtenga la presión manométrica con Pm= ρgh, y luego calcular la presión absoluta del gas con la fórmula: P=P0+ρgh.

Realizar las gráficas P-V y P-1/V en Excel y determinar:

El valor de la constante de proporcionalidad(C) ¿Qué representa este valor? Y obtener la ley y la ecuación particular.

Calcular el número de moles con n=C/RT, C es la constante de la 2da gráfica, utilizar la temperatura ambiente en grados kelvin

Calcular el trabajo con la relación:


¿Qué es la constante universal de los gases ideales?

¿Qué sucede con el volumen de la masa fija de un gas, a medida que aumenta la presión?

¿Qué sucede cuando un buzo comete el error de subir de golpe y no libera el aire? 6. BIBLIOGRAFÍA








LEY DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA

1. OBJETIVOS:

Determinar los factores que afectan directamente la resistencia eléctrica de un conductor cilíndrico.

Establecer como se debe conectar un amperímetro y voltímetro en un circuito.

2. BASES CONCEPTUALES La cantidad de corriente que fluye por un circuito depende del voltaje suministrado por la fuente de voltaje. También depende de la resistencia que opone el conductor al flujo de carga, o sea, de la resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica es la oposición al flujo de corriente eléctrica que presenta un material. La Ley de la Resistencia Eléctrica consiste en que la Resistencia eléctrica de un conductor metálico homogéneo, cilíndrico, de sección y temperatura constante, es función de su longitud, sección transversal y material, esta ley se representa en la ecuación 1.]

Ec: 1

Donde:

: Resistencia. : Resistividad específica del material.

: Longitud del alambre. : Sección transversal del alambre. El físico Jorge Simón Ohm descubrió que la cantidad de corriente (I) que pasa por un circuito es directamente proporcional al voltaje aplicado (V) e inversamente proporcional a la resistencia del circuito (R).

R

VI

Ec: 2

Esta relación entre el voltaje, la corriente y la resistencia se conoce como Ley de Ohm.



3. MATERIALES

1 Alambre de Cu 1 Alambre de Fe 3 Alambre de Konstantán 4 Clavijas de puente 8 Cables conductores de unión 1 Fuente de voltaje 1 Interruptor 1 Reóstato 4 Tableros de base

TRAER: 2 multímetros digitales por grupo(amperímetro y voltímetro)

4. MÉTODO

CIRCUITO 1

Armar el circuito 1, acoplar sobre los tres tableros base, alambre de konstantán.

Circuito 1.

Medir la intensidad de corriente (I) y voltaje (V). Nota: el amperímetro y voltímetro se deben colocar en la mayor escala.

Repetir el procedimiento disminuyendo la longitud del alambre (L), remplazándolos por clavijas de puente (una a la vez).

Completar la tabla siguiente:

L

A V I

M m² V A

3 7,07.10-8

2 7,07.10-8

1 7,07.10-8



CIRCUITO 2

Armar el circuito 2, acoplar sobre los tres tableros base, alambre de konstantán.

Circuito 2.

Medir la intensidad de corriente (I) y voltaje (V).

Repetir el procedimiento disminuyendo la sección transversal del alambre (A), retirando sucesivamente los alambres (uno a la vez).


L

A V I

M m² V A

1 21,21.10-8

1 14,14.10-8

1 7,07.10-8



CIRCUITO 3

Armar el circuito 3, acoplar sobre el tablero base, alambre de konstantán.

Circuito 3.

Medir la intensidad de corriente (I) y voltaje (V).

Repetir el procedimiento cambiando de material.


MATERIAL

L

A V I

m m² V A

konstantán. 1 7,07.10-8

Hierro 1 7,07.10-8

Cobre 1 7,07.10-8

TRABAJOS:

Realizar el esquema gráfico para cada circuito Para el circuito 1:

Consulte la resistividad del Konstantán y por medio de la ley de la resistencia eléctrica, Ec. 1, determine la resistencia para cada longitud. (Valor teórico)

Determine la resistencia eléctrica por medio de la ley de Ohm, Ec. 2. (Valor experimental).

Determine el error porcentual para el cálculo de una resistencia. Para el circuito 2:

Consulte la resistividad del Konstantán y por medio de la ley de la resistencia eléctrica, Ec.1, determine la resistencia para cada sección transversal. (Valor teórico)

Determine la resistencia eléctrica por medio de la ley de Ohm, Ec. 2. (Valor experimental).

Determine el error porcentual para el cálculo de una resistencia.



Para el circuito 3:

Determine la resistencia eléctrica por medio de la ley de Ohm. Ec.2.

Con los datos del numeral anterior y la ley de la resistencia eléctrica determine la resistividad de cada alambre.

Determine el error porcentual para el cálculo de la resistividad con los datos de las tablas.


1. Las medidas de seguridad son necesarias para evitar lesiones cuando se trabaja con o se utiliza la electricidad. Así, para un voltaje dado, la corriente depende de la resistencia del cuerpo, sin embargo la resistencia del cuerpo humano varía, dependiendo del ambiente.

Si la piel está seca, la resistencia puede ser M5,0 , para una diferencia de potencial

de 120 V en un tal caso, se tendría una corriente de mA24,0 , esta corriente es muy

débil para sentirla. Sin embargo, supongamos que la piel está húmeda con sudor. Entonces la resistencia

del cuerpo sería de K5 . Calcular la intensidad de corriente investigar los efectos

que este valor de corriente puede producir sobre el cuerpo humano.

2. Investigue sobre la superconductividad, en qué consiste y sus aplicaciones.

6. BIBLIOGRAFÍA








Cálculo de errores.

En los trabajos de laboratorio se pueden obtener 3 tipos de errores, absoluto,

relativo y porcentual, los cuales se calculan de la siguiente forma:

1. Error absoluto:

| |

2. Error relativo:

3. Error porcentual:

2. guias lab. fisica nivel 2

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