UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUCDEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

EFECTOS DE LA TEMPERATURA SOBRE LA DENSIDAD DEL AGUA Melissa Pérez, Carolina González, Oscar Escobar Profesor: William Celín. Grupo CN3– Mesa 1. 13-02-2013

Laboratorio de Física Calor Ondas, Universidad de la Costa, Barranquilla

Resumen

En la experiencia realizada en el laboratorio la temática central estuvo enfocada en la observación de la variación de la densidad del agua sometida a distintas temperaturas, a través de la utilización de algunos instrumentos de laboratorio que cumplieron funciones determinantes al momento de hallar la masa, el volumen y la temperatura a lo largo de la experiencia, con los datos obtenidos se hizo una relación masa sobre volumen para observar el comportamiento de la densidad, luego se analizaron los resultados, dando origen a una tabla de datos y a una gráfica de la densidad con relación a la temperatura.

Palabras claves

Densidad, temperatura, masa, volumen…

Abstract

On the experience carried out in the laboratory the central topic was focused on the observation of the variation of the density of water subjected to different temperatures, through the use of some laboratory equipment that met key functions at the moment find the mass, volume and temperature throughout the experience, with the data mass over volume became a relationship to observe the behavior of the density then analyzed the results, giving rise to a data table and a graph of the density in relation to temperature.

Key words

Density, temperature, mass, volume…

1. Introducción

La densidad, es una medida utilizada para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, puede variar si se cambia la presión o la temperatura. En los casos en los que la presión aumenta, la densidad del material también lo hace, por el contrario, cuando la temperatura aumenta, la densidad baja, como en esta experiencia, la cual tiene como objetivo observar esta variación de la densidad con respecto a la temperatura y mostrar un análisis grafico de los datos obtenidos en el laboratorio.

2. Fundamentos Teóricos

Las propiedades físicas del agua como su punto de ebullición (100 °C) y su punto de fusión (0 °C), son sustancialmente importantes ya que junto a las condiciones ambientales del planeta permiten que las aguas superficiales que se encuentran en estado líquido en la tierra y en los tejidos

de los seres vivos, puedan ser aptas para el desarrollo de los procesos vitales. 

La enorme capacidad calorífica del agua (18 cal/mol. °C o 1 cal/g ºC) permite almacenar gran cantidad de calor en esta

sin que su temperatura varíe bruscamente.

El agua en la superficie terrestre, puede ser encontrada en sus tres estados físicos: Sólido, Líquido y Gaseoso y puede ser sometida a cambios con respecto a la variación de la temperatura y la presión.

A manera general encontramos que en el organismo de os seres humanos se necesita mantener una temperatura interna que no exceda los 37°C, dicho proceso es conocido como proceso homeostático. Se debe a que en el momento de hacer ejercicio y agitar las moléculas internas, en consecuencia se aumenta la

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temperatura interna y la piel por medio de la transpiración elimina lo comúnmente conocido como “sudor” compuesto por 98% de agua y otras y otras sustancias, obteniendo así la estabilización del organismo. Este proceso de transpiración o cualquier otro proceso en el que se disponga de agua el resultado se da debido a los dos factores anteriormente mencionados: La presión y la Temperatura.

Pero el agua pura resulta entonces un caso especial ya que no sigue linealmente la ley general de los líquidos en donde la temperatura es directamente proporcional al volumen de estos e inversamente proporcional a su densidad.

La experiencia nos dice que, cuando calentamos un cuerpo, se dilata y, cuando lo enfriamos, se contrae. Pero con el agua no sucede así, ya que cuando pasa de estado líquido a sólido, se dilata (aumenta de volumen, se expande); entonces la masa de hielo tiene mayor volumen que la masa de agua. Este hecho se denomina dilatación anómala del agua y ocasiona que el agua sólida tenga una densidad menor al agua líquida. 

Entrando a profundizar en términos claves como densidad, temperatura y dilatación podemos definir la primera como la relación existente entre la masa de un cuerpo o una sustancia y su volumen. Es decir, la masa contenida en la unidad de volumen del mismo. La segunda consiste en la magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, Y por último la dilatación consiste en un proceso físico por el cual se

producen cambios de volumen como resultado de cambios de temperatura.

Para hacer el análisis en esta experiencia, nos enfocamos en el cociente entre la masa y el volumen:

ρ= m/v

Utilizando los datos posteriormente medidos con los instrumentos de laboratorio.

3. Desarrollo experimental

Inicialmente se procede a utilizar los elementos como el hielo, agua, un beaker, una probeta, un termómetro, una balanza y un mechero, para determinar la variación de la densidad del agua con relación al cambio de temperatura (Figura 1).

En primera instancia, se calibra la balanza que será usada para determinar la masa del agua en cada una de las temperaturas en la experiencia, al igual que la masa del beaker que será una medida estándar que debe sustraerse de la masa que se tome de este elemento contenido de agua en sus distintas temperaturas

Se tomo el beaker lleno de una cantidad de agua equivalente a un volumen y masa, con los cuales fue tomada la primera temperatura.

Posteriormente este mismo breaker con agua le fueron agregados cubos de hielo los cuales permitieron observar la temperatura más baja en el termómetro a la que fue sometida el agua en esta experiencia y por ende obtener otras mediciones de masa y volumen, luego se determino una escala de aumento de temperatura con la ayuda del mechero para estudiar el comportamiento de agua a temperaturas más altas, simultaneo a esto fue tomado masa y volumen para las distintas temperaturas en la secuencia del tiempo en la que fue prolongada la escala de aumento (Figura 2).

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Figura 1

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4. Cálculos y análisis De Resultados

En primera instancia fueron tomados los datos que determinaron la masa del beaker, la masa del agua con el beaker, su volumen y su temperatura ambiente así:

Volumen (cm3)

Masa (gr)Temperatura

(°C)

150 133,7 21

Masa del Breaker (gr)

174,7

Por consiguiente en el desarrollo de la experiencia se obtienen los siguientes datos de la escala de aumento de temperatura creada con la ayuda del mechero para estudiar el comportamiento de agua a temperaturas más altas:

Volumen (cm3)

Masa (gr)

Temperatura (°C)

Densidad (gr/cm3)

215 206,8 20 0,962

215 206,6 30 0,961

215 205,4 48 0,955

213 200,8 79 0,943

205 184,5 80 0,900

190 159,8 92 0,841

El gráfico obtenido de la relación Densidad Vs Temperatura nos describe un comportamiento inversamente proporcional de estos dos conceptos: (Figura 3)

(Figura 3)

Esto nos indica que a mayor temperatura, disminuye la densidad del agua, según nuestra observación en la gráfica y en la experiencia en el laboratorio.

La relación que observamos en las magnitudes Volumen y temperatura como la relación entre esta ultima y la densidad es inversamente proporcional, esto se debe a que el agua a diferencia de otros líquidos conforme aumenta la temperatura primero se aumenta la densidad y disminuye el volumen para luego al acercarse al punto de ebullición empieza a dilatarse, entonces de esta manera comienza a disminuir su densidad.

El agua en la experiencia presenta un comportamiento inusual o más bien inquietante, en el punto en que su temperatura oscila entre 20 y 48ºC en la cual el volumen se mantiene constante pero de igual forma la densidad desciende.

La incidencia de la variación de la densidad del agua de 0ºC a 4ºC en el ambiente se presenta en disminución de la densidad a partir de 4ºC a este punto de la temperatura la densidad decrece, y pasa de fase liquida a fase sólida a 0 ºC.

5. Conclusiones

El agua es una sustancia extraordinaria que cubre más de dos terceras partes de la superficie de la tierra, como

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Figura 2

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hemos mencionado sus tres estados Líquido, solido y Gaseoso. Nos permite conocerla en sus diferentes estados de temperatura. En esta experiencia se observo la variación de la densidad de esta sustancia, sometida a temperaturas altas para observar en los datos obtenidos y en el análisis de los resultados que a mayor temperatura, se presenta un estado gaseoso del agua y por ende menor densidad debido a que los gases contienen menos partículas de hidrogeno y más de oxigeno.

También se observo la disminución del volumen con respecto al aumento de la temperatura, por lo cual se puede deducir esta medida como directamente proporcional a la densidad.

Bibliografía

1. SERWAY, Raymond. Física. Tomo II. 4° edición. Ed. Mc Graw Hill. México. 2002. Pag 456.

2. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/vapor/

vapor.htm#Medida de la densidad del agua a diversas temperaturas.

3. http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

 

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