Alumnos(s):

Apellidos y Nombres Nota

HUACALLO MENDOZA, Antoni Robert

GUEVARA BOBADILLA, Angelo Daniel

FLORES VERA, Andrea Allison

SIVINCHA YUPANQUI, Maryori

Profesor:

Programa Profesional: PFR Especialidad/Grupo:

Electrotecnia Industrial/Grup

o C

Fecha de entrega: 17

08

2015

Mesa de trabajo: 2

1. Introducción

En el presente laboratorio se alcanzó un dominio básico del software Pasco Capstone en la realización y análisis de gráficos obtenidos a partir la experimentación con sensores, que se fundamentan en la base teórica proporcionada en clase sobre el calor y su relación con la masa y el tiempo según las ecuaciones :

Q = CΔT (Capacidad Calorífica)

Q = m Ce (TF – T0) (Calor Específico)

Además de establecer relaciones matemáticas entre las variables que intervienen en el análisis del calor absorbido por el agua en un intervalo de tiempo.

Y finalmente se logró demostrar que hay una relación lineal entre la temperatura en el sistema y el tiempo.

2. Objetivos- Familiarizarse con el software a utilizar en las sesiones de laboratorio.

CURSO: ONDAS Y CALOR

CODIGO: PG1014

LABORATORIO Nº 0I

Análisis Gráfico.

Cantidad de Calor

- Comprender y aplicar los procesos de configuración, creación y edición de experiencias en física utilizando la PC y sensores.

- Verificar los resultados de análisis proporcionados por el software, con los modelos matemáticos dados en clase y establecer las diferencias.

- Determinar relaciones matemáticas entre las variables físicas que intervienen en un experimento.

- Estudiar la cantidad de calor que absorbe un líquido dependiendo de las variaciones de la temperatura, durante un intervalo de tiempo.

- Realizar un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido por un líquido en función de su masa.

3. Análisis del trabajo seguro (ATS)

PASOS BÁSICOS DEL TRABAJO A REALIZAR

RIESGO PRESENTE EN CADA CASO

CONTROL DE RIESGO

Verificación de las condiciones iniciales a las que se encuentran los equipos y materiales.

Caída de objetos, golpes en los pies.

Tener cuidado y tener puestas las botas de seguridad.

Traslado de los materiales a la mesa de trabajo.

Tropiezo golpes o cortes con puntas filosas.

Trasladar los equipos de forma cautelosa.

Preparacion de materiales.

Manipulación incorrecta de materiales

Orden y limpieza en la mesa de trabajo.

Medicion de masa de agua.

Daño de la balanza por derrame de agua

Manipular con cuidado los materiales.

Calentamiento del agua Quemadura de manos.

Uso de pinzas y soportesMantenerse a una distancia apropiada de la fuente de calor.

Devolución de materiales

Tropiezos, golpes o cortes con bordes filosos.

Trasladar cautelosamente los materiales al lugar asignado.

Orden y limpieza del área de trabajo.

Dejar condiciones inseguras para futuras sesiones.

Realizar la inspección adecuada de cada espacio del laboratorio.

4. Fundamentos Teóricos

Q=CΔT

Q=mCeΔT

Q=mCe (T F−T 0 )

es

para una

Sustancia

La capacidad calorífica por unidad de masa.

Calor específico

es

para una

Muestra

La cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de esa muestra en 1 ᶱC.

Capacidad Calorífica

A un

A un

Al suministrar

Al realizar

Variación de temperatura

Sistema

Energía

Trabajo

Cantidad de Calor

5. Materiales y equipos de trabajo- Computadora personal con programa Pasco CapstoneTM instalado

- Interface USB Link

- Sensor de temperatura

- Balanza

- Matraz de 50 ml.

- Vaso graduado

- Pinza universal

- Nuez doble (2)

- Mordaza de mesa(1)

- Varillas(1)

- Fuente de calor

- Agitador

6. Procedimiento, Resultados y Cuestionario- Primeramente, aprendimos a utilizar el programa Pasco CapstoneTM

- Ingresamos al programa Pasco Capstone, ingresamos a la opción ``Tabla y Gráfico``.

- Colocamos las variables en los espacios correspondientes.

Figura 6.1

Seleccionar las

variables

Columnas para tipear los datos

Colocar las variables

Tabla 6.1 Deformación de un resorte

Peso(N) Deformación(mm)0.3 91.2 151.6 242.2 273.7 49

- El programa arrojo la siguiente gráfica:

Figura 6.3

Pulsar auto escala

Seleccionar el ajuste correcto (en este caso un ajuste lineal).

Al elegir el ajuste se muestran datos relevantes a la gráfica.

Figura 6.2

- Otro ejemplo con el cual aprendimos fue el de la gráfica M.R.U.V.

-Tabla 6.2 Movimiento en una dimensión con aceleración constante

Tiempo(s) Posición(m)0.00 0.85 3.75 10.500.25 0.85 4.00 14.050.50 0.50 4.25 12.250.75 1.85 4.50 15.101.00 1.60 4.75 16.301.25 3.55 5.00 17.651.50 2.05 5.25 19.951.75 5.30 5.50 20.202.00 4.65 5.75 22.402.25 5.10 6.00 22.562.50 6.49 6.25 25.352.75 5.80 6.50 24.903.00 9.04 6.75 28.853.25 9.25 7.00 30.223.50 10.71 7.25 32.50

Ecuación 6.1

Y=A x2+Bx+C

X F=12a t2+V o+Xo

Figura 6.4

- Luego empezamos ensamblar la mordaza de mesa, varilla y las pinzas según la figura 6.5

- Seguidamente colocamos el matraz sin agua en la balanza y lo graduamos en cero, luego con cuidado vertemos agua hasta obtener 50g de agua para nuestra primera experiencia.

- Después ingrese al programa Pasco

CapstoneTM, haga clic

sobre el icono Tabla y Gráfica, luego elegir el sensor de temperatura previamente insertado a la interfase USB Link.

- Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono CONFIGURACION para que registre un periodo de muestreo de 1Hz en ºC.

- Luego presione el icono del SENSOR DE TEMPERATURA, en configuración seleccione numérico y cambie dos cifras después de la coma decimal, según datos proporcionadas por el fabricante el sensor mide en el rango de -35ºC a 135ºC con un paso de 0.01ºC.

- Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Gráfico sobre el icono sensor de temperatura y seleccionamos la gráfica temperatura vs tiempo.

- Inicie la toma de datos encendiendo la fuente de calor (cocina) y oprimiendo el botón grabar en la barra de configuración principal de Pasco CapstoneTM. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la pendiente de la gráfica.

- Interrumpir las medidas a los 75ºC.

- Agite el agua con el fin de crear corrientes de convección y distribuir el aumento de temperatura a todo el recipiente. Mantenga constante el flujo calorífico de la fuente.

- Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos incorrectos.Experiencia 1Tabla 6.2

Masa del agua 50 Volumen del

Figura 6.5

(g) agua (cm3)Temperatura

inicial (ºC)24.7

Intercepto(ºC)

25.5

Tiempo total (minutos)

4Pendiente

(ºC/s)0.213

Figura 6.6 Gráfico de Temperatura vs Tiempo del agua con las variables de la tabla 6.2

Experiencia 2

Tabla 6.3

Figura 6.7 Gráfico de Temperatura vs Tiempo del agua con las variables de la tabla 6.3

Masa del agua (g)

100Volumen del agua (cm3)

Temperatura inicial (ºC)

35Intercepto

(ºC)35.4

Tiempo total (minutos)

5.68Pendiente

(ºC/s)0.117

Cuestionario

Según los resultados de la tabla 6.1 responda:

¿Cuál es el valor de m en unidades del sistema

internacional (SI)?

m=11.9 mmN

=0.0119 mN

Escriba entonces la expresión final de la ecuación en unidades SI.

D=0.0119P+0.0032

Dónde:

D: Deformación

P: Peso

Al proceso de hallar resultados no medidos entre valores medidos, con la ayuda de la ecuación de la recta se llama enterpolacion. Halle la deformación si le hubiésemos puesto un peso de 1.4N

D=0.00119 (1.4 )+0.0032

D=0.01986m

Al proceso de hallar resultados no medidos fuera de los valores registrados se le llama extrapolación. Halle la deformación para un peso de 5N.

D=0.0119 (5 )+0.0032

D=0.0627m

Según los resultados de la tabla 6.2 responda:

¿Qué tipo de ajuste uso? ¿Por qué?

Un ajuste cuadrático ya que la gráfica corresponde a la ecuación del M.R.U.V.

¿Cuál es el valor de la posición inicial? ¿Qué variable es en la ecuación?Xo = 0.368mY según la ecuación 6.1 por comparación:Xo = C

¿Cuál es el valor de la velocidad inicial? ¿Qué variable es en la ecuación?Vo = 1.37 m/sVo = B

¿Cuál es la aceleración del móvil? ¿Qué variable es en la ecuación?a = 0.826 m/s2

12a=A → a=2 A

Del menú estadísticas obtenga los valores máximo y mínimo de la posición y la desviación estándar. Guarde sus datos.

Según la aplicación y los resultados de las tablas 6.2 y 6.3 responda

Calcule el flujo de calor para ambas cantidades de agua. (Escriba los cálculos al detalle)

Según la ecuación del calor Reemplazando

Q = m C e ( T - T 0 ) En la primera experiencia

Q=

m C e ( T - T 0 ) Q= 0.213

t t 50(1)Despejamos T

Q = 10.65 cal/s

T =Q . t

+ T0mCe En la segunda experiencia

y comparamos con la ecuación Q= 0.117

Y= AX+B 100(1)Donde:

A =Q Q = 11.7 cal/s

mCe

Calcule el calor absorbido por el agua. (Escriba los Cálculos al detalle)En las dos experiencias, al flujo de calor se le multiplica por el tiempo

Experiencia 1

Q = 10.65 cal/s

Q =10.65 cal (240s)

sQ = 2556 cal

Experiencia 2

Q = 11.7 cal/s

Q =11.7 cal (541s)

sQ = 6329.7 cal

¿Qué relación existe entre las pendientes de las diferentes gráficas y la cantidad de calor absorbida para los diferentes casos?m1 > m2 Esto sucede ya que a una menor masa se necesita menor tiempo para alcanzar una temperatura deseada y a una mayor masa, mayor tiempo, por lo tanto esa es la razón por la que la grafica en la experiencia 2 es mas inclinada hacia al eje X que en la experiencia 1. Entonces podemos concluir que la cantidad de calor absorbida en la experiencia 1 es menor que en la experiencia 2 por haber una relación de proporcionalidad directa entre la masa y el calor, demostrado también por la relación de pendientes.

¿Qué le sucedería a las gráficas si el agua es cambiada por volúmenes iguales de un líquido de mayor calor específico? Explique su respuesta.Pues las gráficas se inclinarían mas al eje X, ya que, la pendiente disminuiría en su valor, por haber una relación de proporcionalidad inversa entre la pendiente y el calor específico, o sea, se necesitaría mas tiempo y mas calor para alcanzar los 75ºC, eso explicaría en forma experimental la mayor inclinación las gráficas.

¿Cuál es la razón de no llegar hasta los 100ºC en esta experiencia?Debido a que el punto de ebullición del agua es 100ºC, en consecuencia, el agua se evaporaría, alterando las mediciones, ya que estas dependen básicamente de la masa.

Problemas de aplicación

a) Establezca una ecuación para convertir temperaturas Fahrenheit directamente a temperaturas absolutas en Kelvins.

ºF K

212 373

F K

32 273

b) ¿Cuál temperatura es menor, 300 ºF o 300 K

Una regla de 6 in se dilata 0.0014 in cuando la temperatura se eleva1ºC. ¿Cuánto se dilataría una revla de 6 cm hecha del mismo material, a causa del mismo intervalo de cambio de temperatura?ΔL=Lo . α . ΔT0.0014∈¿¿α=2.310−3ºC−1

ΔL=(6cm ) (2.310−3 ºC−1 ) (1 ºC )ΔL=0.0014 cm

7. Observaciones7.1 Al momento de medir la temperatura, colocar solo el extremo del

sensor de temperatura en el agua.7.2 Al momento de hacer los gráficos verificar que el tiempo que vamos

a colocar sea el que por defecto proporcione el software.8. Conclusiones

F-32=

K-273180 100

K =5 (F-32)+2739

K =5 (F-32)+273 300 ºF > 300 K9

K = 5 (300-32)+2739

K = 421K

8.1 Se puede concluir que el Software Pasco Capstone es de gran ayuda en la elaboración de graficas a la hora de trabajar con sensores, permitiendo una interpretación más real de los fenómenos estudiados en clase.

8.2 Se logró demostrar experimentalmente los modelos matemáticos dados en clase sobre la cantidad de calor que absorbe un líquido y su dependencia de este a la variación de temperatura, al tiempo, y a la masa.

8.3 En el análisis de las gráficas descubrimos que a mayor calor especifico y a mayor masa la gráfica se inclina más hacia el eje X, de lo cual concluimos que necesitaría más tiempo y calor al momento de aumentar la masa y el calor especifico.

9. Bibliografía:Custodio, A (2010). Calorimetría. En E, Bazán (Ed.), Física (pp. 325-335). Lima: Impecus PASCO SCIENTIFIC. MANUAL DE INTRODUCCION A CAPSTON Nº 012-12335. Roseville, CA EEUU. 2013.

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