I. OBJETIVOS

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 de liquido

II. EQUIPOS Y MATERIALES

Calor absorbido – disipado:

1 mechero bunsen

1 soporte universal

1 clamp

1 termómetro

1 agitador

1 vaso de precipitado graduado a 500 cc.

1 vaso de precipitado de 200cc.

Papel milimetrado

FUNDAMENTO TEORICO

CASO 1 : CALOR ABSORBIDO Y DISIPADO

La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente

proporcional a su variación de temperatura.

Esto es:

Q∝m (T−T 0 )

Q=mc (T−T0 ) (1 )

Donde:

c : Calor especifico

T 0: Temperatura inicial de la 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=dQdt

=cte(2)

De (1 )y (2 ) se tiene que:

dQdt

=mc dTdt

=H

Luego

dT= Hmcdt

Integrando e iterando se tiene:

∫T 0

T

dT= Hmc

∫0

t

dt

T= Hmct+T 0

Esta ecuación relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde

H /mc representa la pendiente y T 0 la temperatura inicial.

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

coincide 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.

La energía interna del cuerpo aumenta a costa de la cantidad de calor adquirida

dQ, y disminuye a costa del trabajo realizado por el cuerpo dW (principio de

conservación de la energía en los procesos térmicos). Se le conoce como la

primera ley de la termodinámica y se expresa como:

dU=dQ−PdV (4)

III. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1

- Colocamos en un vaso de precipitados 300ml de agua y tomamos su temperatura la cual fue de 20.5°C.

- Luego colocamos el vaso sobre la rejilla, y bajo esta un mechero con una flama constante.

- Después mientras calentaba el agua íbamos agitando con un agitador y cada treinta segundos tomábamos la temperatura del agua, deteniéndonos en el momento que el agua comenzó a hervir.

- Repitiendo los pasos anteriores realizamos en el experimento de manera similar, solo cambiamos el hecho de que esa vez utilizamos 150mL de agua y anotamos todos los datos en las tablas.

- Una vez que terminamos la anterior parte, colocamos en agua restante en un vaso de espuma y anotamos las temperaturas del agua en intervalos de 10 segundos durante 3 minutos mientras esta se reducía.

- Por ultimo al agua restante del vaso le agregamos un cubo de hielo y una vez que este se derritió por completo volvimos a tomar temperaturas en intervalos de 10 segundos durante 3 minutos.

TABLA 1 (m=300g)

Temperatura ambiente: C

t(min) T( C) t(min) T( C) t(min) T( C)

0.5 22.5 6.5 55 12.5 84

1.0 26 7.0 60.5 13.0 86

1.5 28.5 7.5 63 13.5 87

2.0 32.5 8.0 65 14.0 88

2.5 35 8.5 67 14.5 90

3.0 38 9.0 70 15.0 92

3.5 40 9.5 72 15.5 93

4.0 44 10.0 74 16.0 94

4.5 46.5 10.5 76 16.5 94

5.0 50 11.0 78 17.0 94

5.5 52 11.5 80 17.5 94

6.0 54 12.0 82

TABLA 2(150mg)

Temperatura ambiente: C

t(min) T( C) t(min) T( C) t(min) T( C)

0.5 23.5 4.5 60.5 8.5 87

1.0 28 5.0 65 9.0 89

1.5 32 5.5 69 9.5 91

2.0 37 6.0 72 10.0 92.5

2.5 42 6.5 76 10.5 94

3.0 47 7.0 79 11.0 94

3.5 52 7.5 82 11.5 94

4.0 56 8.0 85 12.0 94

TABLA 3(en el vaso de espuma)

t(seg) T( C) t(seg) T( C) t(seg) T( C)

10 78 70 75.5 130 72.5

20 78 80 75 140 72

30 78 90 74.5 150 72

40 77.5 100 74 160 71.5

50 76.5 110 73.5 170 71

60 76 120 73 180 70.5

TABLA 4 (hielo)

Temperatura de fundición del hielo: 52 C

t(seg) T( C) t(seg) T( C) t(seg) T( C)

10 60 90 52 170 50.5

20 55 100 52 180 50.5

30 54 110 51.5 190 50.5

40 53 120 51.5 200 50.5

50 52 130 51 210 50

60 52 140 51 220 50

70 52 150 51 230 50

80 52 160 51

Volumen final del agua = 134 ml

Masa original = 132 ml

Masa original del hielo = 2g

IV. EVALUACIÓN

1.- Si en lugar de agua, se utiliza otro liquido de mayor calor específico, pero de igual masa, ¿Cómo sería el gráfico? Trácelo y descríbalo.

T(°C) vs t(s)

Gráfica del agua

Gráfica del líquido con mayor calor especifico.

2.- ¿Por qué en el ajuste de la gráfica no se considera el intervalo de 75 C a

100 C?

Porque en ese intervalo la gráfica de temperatura versus tiempo deja de tener

comportamiento lineal, pues se empieza a registrar un cambio de estado, pasa

de líquido a sólido debido a la temperatura.

3.- Determine el flujo calorífico en cada caso. Físicamente ¿a qué se debe

dicho valor?

4.- Indique el tiempo que demoró en recorrer el intervalo 80°C y 85°C. Revise el caos registrado entre 50°C y 55°C.

En el intervalo de 80°C hasta 85°C demoró 1min 15 segundos (Tabla 1) y 52

segundos (tabla 2).

En la primera tabla no se observa mucha variación pues la temperatura aumenta

2°C cada 30 segundos, en cambio en la segunda tabla ocurre una variación de

5°C y luego de 4°C.

5.- ¿Qué relación existe entre las pendientes de diferentes gráficas y la

cantidad de calor absorbida para los diferentes casos?

6.- Investigue y explique sobre la convección forzada. De ejemplos

La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un

gradiente de presiones, con las que se fuerza su movimiento de

acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos. Las propiedades

de una convección forzada son:

Régimen estacionario

Propiedades físicas constantes

Régimen laminar

Densidad de flujo de calor en la pared (q1) constante

Se puede aplicar esta teoría en el diseño de ductos y tuberías, y es también bastante aplicado en soldaduras, específicamente en los procesos de refusión de placas.

7.- Los motores automotrices no pueden refrigerarse por sí solos ¿Qué sistema usan y qué principio de propagación usan para disipar la energía calorífica?

La refrigeración es el conjunto de elementos, que tiene como misión eliminar el exceso de calor acumulado en el motor, debido a las altas temperaturas, que alcanza con las explosiones y llevarlo a través del medio empleado, al exterior. La temperatura normal de funcionamiento oscila entre los 75 y los 90 . El exceso de calor dañaría las piezas móviles. Por otro lado, estropearía la capacidad aceitosa del engrase por lo que el motor se giraría la no ser el adecuado el engrase y sufrirían las piezas vitales del motor.

En la refrigeración por agua, este es el medio empleado para la dispersión del calor, dado que al circular entre los cilindros por unas oquedades ubicadas en el bloque y la culata, llamadas “cámaras de agua”, recoge el calor y va a enfriarse al radiador, disipándola para volver de nuevo al bloque y a las cámaras de agua, y circular entre los cilindros

8.- En las minas subterráneas se presenta el problema de la circulación del aire. Investigue que sistema usan y con qué principio físico se desarrolla

La ventilación en una mina subterránea es el proceso mediante el cual se hace circular por el interior de la misma el aire necesario para asegurar una atmósfera respirable y segura para el desarrollo de los trabajos.

La ventilación se realiza estableciendo un circuito para la circulación del aire a través de todas las labores. Para ello es indispensable que la mina tenga dos labores de acceso independientes: dos pozos, dos socavones, un pozo y un socavón, etc.

En las labores que sólo tienen un acceso (por ejemplo, una galería en avance) es necesario ventilar con ayuda de una tubería. La tubería se coloca entre la entrada a la labor y el final de la labor. Esta ventilación se conoce como secundaria, en oposición a la que recorre toda la mina que se conoce como principal.

Principio Físico: A medida que aumenta la profundidad de la mina la temperatura aumenta. El gradiente geotérmico medio es de 1º cada 33 m. Adicionalmente, los equipos y máquinas presentes en el interior contribuyen a elevar la temperatura del aire. En este caso la ventilación es necesaria para la climatización de la mina.

9.- Se sabe que el Sol está constituido por diversos gases, investigue usted cómo ocurre el transporte de energía a través de él.

La principal forma de transferencia térmica entre el sol y la Tierra (y prácticamente

la única) es la radiación. Efectivamente, las ondas electromagnéticas, luz visible,

infrarroja y otros niveles viajan por el vacío y entregan su energía a los objetos que

encuentran a su paso, no importa la distancia a que se encuentren. Claro, si la

distancia es menor, el grado de dispersión también lo será, y serán más "unidades

de energía" las que lleguen al objeto. Estas unidades de energía, o también

llamados cuantos son los fotones. 

Otra forma de energía térmica que podría llegar a la atmósfera terrestre es en las

partículas emitidas por el viento solar, pero estas son para fines prácticos

totalmente despreciables, por ser tan pequeñas es real mente poco lo que podrían

afectar a la temperatura atmosférica, y peor aún, la mayoría de estas partículas ni

siquiera se acercan, la magnetosfera (el campo magnético terrestre) se encarga de

desviarlas muy lejos.