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12. DENSIMETRA OBJETIVOS
Entender el significado de densidad y densidad relativa
Determinar densidades de lquidos conocidos y de slidos de formas
geomtricas
regulares Comparar diferentes mtodos para determinacin de
densidades de varios
lquidos. MARCO TERICO La masa y el volumen de un fludo homogneo
no son cantidades independientes sino que se relacionan por medio
de una constante llamada densidad (). La densidad de una sustancia
homognea en cualquier fase (slido, lquido o gas) es una PROPIEDAD
INTENSIVA., caracterstica de la sustancia, la densidad se enuncia
como la relacin de la masa (m) entre el volmen (v)
= m/v
Obviamente, las unidades de son de masa dividido unidades de
volumen. En sistema internacional las unidades son Kg / m3 . La
densidad relativa de una sustancia homognea se define como la
relacin entre la densidad de la sustancia y una sustancia de
referencia. Generalmente la sustancia de referencia es el agua a 4C
para sustancias lquidas y slidas con densidad 1 g/cm3. La densidad
relativa se escribe sin unidades. El peso especfico es la relacin
entre el peso de una sustancia y el volumen que ocupa, las unidades
del peso especfico en SI son N/m3. La gravedad especfica de una
sustancia est definida como la relacin entre el peso especfico de
la sustancia con el peso especfico de una sustancia de referencia,
debido a que el peso se define como mg, la constante g se cancela,
quedando las mismas cifras y unidades de la gravedad especfica con
las de densidad relativa. APARATOS: La densidad y la densidad
relativa de los lquidos se pueden determinar con cualquier
instrumento para medir volumen (picnmetro, probeta, vaso de
precipitados, etc) y una balanza. El picnmetro es un instrumento de
vidrio de capacidad definida elaborado en vidrio con propiedades
qumicas y trmicas especiales, debe estar exento de estras, burbujas
y tensiones internas, consta de un cuerpo piriforme con cuello
esmerilado y un tapn esmerilado capilar.
Existen tambin los alcoholmetros y densmetros digitales. que son
instrumentos calibrados directamente para medir densidades, los
alcoholmetros estn diseados
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aplicando el principio de Arqumedes y los densmetros digitales
utilizan principios de vibracin molecular.
Para medir densidades de slidos homogneos, se utiliza un
calibrador y una balanza o una probeta y una balanza. Con la
probeta y agua se puede medir el volumen del slido aplicando el
principio de Arqumedes, introduciendo el slido y midiendo el
volumen desplazado. Para utilizar este mtodo de medir volmenes, se
debe tener especial cuidado en conocer la estabilidad del slido en
agua. Si el slido es homogneo, pero no es estable (o sea que puede
solubilizarse o reaccionar con el agua), es necesario elaborar una
figura geomtrica regular con el slido y medir sus lados con el
calibrador, para calcular luego el volumen. Cuando el slido est
presente como un polvo o una espuma es necesario disear una prctica
especfica o consultar normas estandarizadas como ISO, ASTM,
ICONTEC, etc. MATERIAL Y EQUIPO 1. Probeta 50 ml 2. Picnmetro 3.
Termmetro 4. Balanza 5. Pipeta 6. Lquido problema a analizar 7.
Vaso de precipitados (100 mL) 8. Agua destilada PROCEDIMIENTO 1.
Densidad de lquidos Pesar los recipientes vacos, limpios y secos: -
Medir la masa de la probeta limpia y seca - Medir la masa del
picnmetro con tapa limpio y seco - Medir la masa del vaso de
precipitados limpio y seco medir en una pipeta 25 ml exactos del
lquido a analizar y colocar en el vaso de
precipitados medir la masa del vaso con el lquido - medir la
temperatura del lquido problema - calcular la densidad a dicha
temperatura. medir en la probeta 25 ml exactos del lquido
medir la masa de la probeta con el lquido medir la temperatura
del lquido calcular la densidad a dicha temperatura.
Llenar picnmetro con el lquido Medir la masa del picnmetro con
el lquido
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calcular la densidad lavar bien los materiales y repetir los
pasos con agua destilada. calcular la densidad de agua destilada
calcular la densidad relativa del lquido problema con respecto al
agua en cada
mtodo. Determinar el % error (respecto a datos tericos) y
explicar causas de dichos
errores.
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(12). DENSIDAD
OBJETIVOS
Determinar experimentalmente la densidad de lquidos.
Determinar la densidad relativa de lquidos respecto al agua.
Determinar la densidad de una mezcla de lquidos miscibles.
MATERIAL Y EQUIPO
1. 2 Pipetas (de 10 ml) 2. 2 Probetas (de 100 ml) 3. 2 Balanzas
4. 2 Vasos de precipitados 5. 1 Picnmetro 6. Lquidos miscibles (200
ml de c/u), por ejemplo alcohol y acetona, gasolina y petrleo.
PROCEDIMIENTO Densidad absoluta:
Nota: se solicitan dos pipetas, dos probetas y dos balanzas para
que la mitad del equipo trabaje con una sustancia y la otra mitad
del equipo con la otra, procediendo igual con ambos.
1. Revise que la probeta est bien limpia y seca. Calibre
cuidadosamente la balanza y pese la probeta vaca. Anote el
resultado.
2. Vierta 10 ml de la sustancia, medidos con la pipeta, y pese
nuevamente. Se recomienda revisar la calibracin de la balanza antes
de cada medicin.
3. Repite cada 10 ml, de sustancia para formar una tabla de masa
contra volumen, hasta V= 100 ml. (1cm3 = 1 ml).
Tabla 1.1. Masa determinada por una adicin contina de lquido
Masa (g) Volumen ( cm3)
m1 10.0
m2 20.0
m3 30.0
. .
m10 100.0
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La masa corresponde al lquido exclusivamente. Al peso de la
probeta con el lquido debe restarse el de la probeta vaca en cada
caso.
4. Con los datos de la tabla obtenida para cada sustancia, puede
obtenerse la densidad absoluta aplicando un ajuste estadstico de
datos. Es recomendable nombrar a las sustancias "1" y "2" para no
confundirlas.
Para los siguientes objetivos, todo el equipo trabajar junto.
Densidad relativa:
1. Calibre la balanza y pese el picnmetro vaco, incluyendo su
tapa. Anote el resultado, no olvide revisar que est bien limpio y
seco.
2. Llene el picnmetro con agua (destilada de preferencia) hasta
que rebose y tpelo. Trate de eliminar cualquier burbuja interna de
aire inclinando ligeramente el picnmetro al tapar. Seque por fuera
el picnmetro. Pese y anote el resultado.
3. Vace el agua del picnmetro y seque bien, llnelo ahora con la
sustancia "1" de la misma manera que como se procedi con el agua y
pese, anote el resultado.
4. Vace el picnmetro y llnelo, finalmente, con la sustancia "2"
pese y anote el resultado.
5. Con las mediciones realizadas puede obtenerse fcilmente la
densidad relativa respecto al agua, de cada sustancia mediante la
frmula:
sustanciarelativa sustancia
agua
mm
=
donde las masas contenidas en el picnmetro, corresponde
exclusivamente a la sustancia (debe restarse el peso del picnmetro
y la tapa) y al agua con igual volumen (medido por supuesto con el
mismo picnmetro y restando tambin el peso del picnmetro). Compare
los resultados con los dados en tablas.
Densidad de una mezcla:
1. Calibre una balanza y pese una probeta limpia y seca. Anote
el resultado. 2. Vierta con cuidado 5 ml de sustancia "1" y 5 ml de
la sustancia "2", medidos con la
misma pipeta (tenga cuidado al medir las cantidades, la mezcla
es homognea). Pese los 10 ml de mezcla obtenidos y anote.
3. Vuelva a adicionar 5 ml de cada sustancia y anote el peso de
la mezcla. Repita el procedimiento hasta un volumen final de la
mezcla de 100 ml y forme la siguiente tabla con los datos:
Tabla 1.2. Masa determinada para una mezcla de volmenes
equivalentes de dos lquidos
Masa mezcla (g) Volumen ( cm3)
m1 10.0
m2 20.0
. .
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m10 100.0
4. Aplique un tratamiento estadstico de datos a la tabla
anterior para obtener la densidad absoluta de la mezcla.
En teora:
1 2mezcla 1 2
mezcla mezcla
V VV V
= +
Como se verti exactamente la mitad de cada sustancia,
1 2mezcla 2
+= Compare este resultado terico, con el valor obtenido
experimentalmente en el paso 4.
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13. ECUACIN BSICA DE LA ESTTICA DE FLUIDOS
OBJETIVO
Verificar la ecuacin fundamental de la esttica de los
fluidos.
Analizar el comportamiento de dos fluidos en un tubo en U.
Determinar el comportamiento de un fluido en un sistema de vasos
comunicantes.
MATERIAL Y EQUIPO
1. Tubo en U 2. 2 vasos de precipitados 3. Pipeta de 10 ml 4.
Regla de 30 cm 5. Hilo de nylon 6. 2 lquidos inmiscibles (agua y
aceite)
PROCEDIMIENTO Ecuacin fundamental de la esttica de fluidos:
Nota: Se supone que se conoce la densidad de los lquidos que se
usan.
Figura 2.1. Montaje para el tubo en U
En la Figura 2.1 la presin en los puntos 1 y 2 tienen el mismo
valor pues estn dentro del lquido manomtrico al mismo nivel. De la
ecuacin fundamental de la esttica de fluidos:
1 0 1P P gH= + 2 0 2P P gh= +
1. El experimento consiste en medir h y H y obtener 1P y 2P para
compararlas.
2. Realizar unas 10 mediciones con diferentes valores de H.
1 2 h
H
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Vasos comunicantes:
Analizar el nivel alcanzado por un fluido en un sistema de
depsitos intercomunicados de diferente forma y tamao.
1. Ubicar el sistema de depsitos sobre una superficie plana. 2.
Adicionar un volumen conocido de lquido a cualquiera de los
depsitos. 3. Determinar el nivel alcanzado por el lquido en cada
depsito. 4. Estimar el volumen en cada depsito. 5. Obtener el
volumen total del sistema de depsitos.
ACTIVIDADES ADICIONALES
1. Si inicialmente el tubo en U contiene solo agua, cmo es el
nivel en cada una de las ramas? Cul es la presin en la superficie
libre de cada una de las ramas?
2. Cul es la presin en el fondo del tubo en U, debido solo al
agua? 3. Cul es la presin absoluta en el fondo del tubo en U? 4. Si
se vierte aceite a una de las ramas. qu pasa con el nivel del agua?
Explique. 5. Cul es la expresin para encontrar la presin que ejerce
la columna de aceite en el
agua, punto de interfase (punto 1)?
6. Cul es la expresin para encontrar la presin absoluta que
ejerce la columna de aceite en el agua, punto de interfase (punto
1)?
7. Cul es la expresin para encontrar la presin absoluta en el
punto 2 de la rama de agua al mismo nivel del punto de
interfase?
8. Si se comparan las presiones absolutas en los puntos 1 y 2
Cmo son? Justifique su respuesta.
9. Con base en la informacin anterior, muestre mediante un
procedimiento algebraico cmo encontrar la densidad del aceite
10. Si en lugar de aceite la presin fuera ejercida por gas,
produciendo el mismo desnivel en la columna de agua cunto valdra la
presin ejercida solo por el gas (presin manomtrica)?
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14. PRINCIPIO DE ARQUMEDES
OBJETIVO
Verificar experimentalmente la existencia del empuje o fuerza de
flotacin que sufre un cuerpo sumergido en un lquido.
Comparar el empuje que recibe un cuerpo al sumergirse en lquidos
diferentes.
Determinar la densidad de slidos.
MATERIAL Y EQUIPO
1. Balanza 2. 2 Vasos de precipitados 3. 1 probeta graduada de
100 ml 4. Caja de masas 5. Calibrador 6. Hilo 7. Plastilina, agua y
gasolina
PROCEDIMIENTO Estudio de la fuerza de empuje.
En esta parte deben obtenerse dos tablas de datos similares a
las siguientes para 5 trozos de plastilina de diferentes
tamaos:
Tabla 3.1. Fuerzas de empuje para plastilina en agua
Trozo Volumen Masa Peso en aire Peso en agua Empuje del agua
1
2
3
4
5
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Tabla 3.2. Fuerzas de empuje para plastilina en gasolina
Trozo Volumen Masa Peso en aire Peso en gasolina Empuje de la
gasolina
1
2
3
4
5
El empuje del fluido desalojado debe calcularse considerando el
volumen desplazado.
1. Comparar el empuje del agua con el peso del agua desalojada.
2. Compare el empuje del agua con el empuje de la gasolina. 3.
Estime a partir de los datos de la segunda tabla, la densidad de la
gasolina. Determinacin de la densidad de slidos
La densidad de un slido corresponde a la relacin entre su masa y
su volumen. Para un conjunto de masas regulares estime las
correspondientes densidades mediante los siguientes mtodos:
1. A partir de la medida del empuje que experimentan el slido al
ser sumergido en un lquido de densidad conocida
2. Midiendo las dimensiones del slido y calculando su volumen a
partir de ellas. Nota: El procedimiento para determinar pesos y
volmenes queda a eleccin de los estudiantes.
ACTIVIDADES ADICIONALES
1. Un pedazo de hielo flota en agua contenida en un recipiente.
Al derretirse el hielo Que ocurre con el nivel del agua?
2. En la prctica Por qu son diferentes los empujes que sufre un
trozo de plastilina en agua y en gasolina?
3. Que es el quilataje de una pieza de oro? Cmo se podra usar el
principio de Arqumedes en la determinacin del quilataje?
4. Averige cuales son los materiales de que estn hechos los
slidos (Observe sus propiedades fsicas, y consulte una tabla de
densidades de slidos)
5. Es correcto tomar cmo incertidumbre en las pesadas y en las
medidas de longitudes la precisin de los instrumentos utilizados
(balanza y calibre)? Justifique la respuesta en cada caso.
6. Que mtodo para determinar la densidad del slido es ms
preciso, el que utiliza el principio de Arqumedes o el que utiliza
la medida directa del volumen? Justifquese.
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7. Podra determinarse con una balanza hidrosttica la densidad de
un lquido desconocido? En caso afirmativo, cul sera el
procedimiento a seguir, utilizando nicamente los medios de que
dispone para la realizacin de esta prctica? Sera importante tener
en cuenta la temperatura del lquido? Por qu?
8. Podra determinarse con esta balanza la densidad de un slido
menos denso que el agua? Justifquese.
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15. VISCOSIMETRA OBJETIVOS
Determinar viscosidades de un lquido mediante mtodo de flujo
laminar Determinar el efecto de la temperatura sobre la viscosidad
de un lquido Determinar la viscosidad de un lquido mediante el
mtodo de la esfera descendente
MARCO TERICO En un fluido newtoniano, el gradiente de velocidad
es proporcional al esfuerzo cortante. La constante de
proporcionalidad se llama viscosidad y se define mediante la
ecuacin: i = du/dy donde: i = esfuerzo cortante = viscosidad du/dy
= gradiente de velocidad o escrita como funcin de fuerza:
f = A v / a f = fuerza requerida para que una capa de un fluido
(con viscosidad ) de rea A se mueva a una velocidad v con respecto
a otra capa de la misma rea separada por una distancia a Un cuerpo
sumergido en un fluido en movimiento experimenta dos fuerzas que
son: fuerza de resistencia al arrastre paralela al movimiento y la
fuerza de sustentacin que es perpendicular a la direccin del flujo
de fluido sin perturbar. Estas fuerzas dependen de la viscosidad
del fluido. La frmula dimensional de la viscosidad absoluta es la
siguiente:
[] = ML-1t-1 En sistema cgs, la unidad de viscosidad recibe el
nombre de poise y se define: 1 poise = 1 g/(cm * s) g = gramos cm =
centmetros s = segundos En unidades inglesas, la viscosidad
absoluta se expresa en lb / (pie * sg) mediante el siguiente factor
de conversin: 1 poise (p) = 0.0672 lb/(ft * sg) Para determinar la
viscosidad podemos utilizar varios mtodos entre ellos: flujo
laminar y esfera descendente. Las ecuaciones requeridas son: 1.
Ecuacin poiselle (mtodo flujo laminar).
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= D4 (P1 P2)
128 v L = viscosidad D = Dimetro interno del tubo v = flujo
volumtrico (volumen V de fluido por unidad de tiempo, a travs de un
capilar de dimetro D y longitud L) (P1 P2): diferencia de presin 2.
Ecuacin para mtodo de esfera descendente.
= 2 r2 ( 0) g 9 V = viscosidad r = radio de la esfera = densidad
del cuerpo que cae (esfera) o = densidad del fluido g = aceleracin
de la gravedad V = velocidad promedio de cada de la esfera
(distancia recorrida en unidad de tiempo) MATERIAL Y EQUIPO 1. 1
Bureta o pipeta de 25 ml 2. 1 Probeta 50 o 100 ml 3. 2 vasos de
precipitados (100 y 400 ml) 4. cronmetro 5. esferas 6. termmetro 7.
calibrador 8. balanza 9. estufa 10. l lquidos/aceites 11. agua 12.
jabn y toalla pequea. PROCEDIMIENTO METODO DE FLUJO LAMINAR: Este
mtodo para determinar la viscosidad de un fluido, consiste en medir
la velocidad del flujo de fluido a travs de un tubo cilndrico largo
(pipeta o bureta).
1. Agregar la sustancia problema a una bureta 2. Abrir
completamente la llave de la bureta y medir el tiempo que tarda en
pasar de
un volumen inicial igual al volumen de la bureta hasta un
volumen final determinado.
3. Repetir el procedimiento con la muestra a 40C 4. Repetir el
procedimiento con agua y las mismas condiciones (muestra de
referencia).
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Datos: H2O 20C = 1.005 cp H2O 40C = 0.656 cp (cp = centipoises)
METODO DE LA ESFERA DESCENDENTE.
1. Para la esfera medir la masa y el dimetro (con un calibrador)
. (calcular la densidad de la esfera)
2. Colocar el lquido en la probeta hasta un nivel tal que pueda
dejar caer la esfera desde dicho nivel exactamente.
3. Dejar caer la esfera 4. Medir el tiempo que tarda la esfera
en caer desde la superficie del lquido hasta el
fondo del recipiente. 5. Medir la altura del lquido para
determinar la velocidad de la esfera en caer. 6. Repetir con agua
(si la esfera no es muy pesada y no se corre riesgo de romper
el
fondo de la probeta).
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(15). VISCOSIDAD
OBJETIVO
Determinar la velocidad terminal de sedimentacin de una partcula
en un fluido.
Determinar el coeficiente de viscosidad de un fluido
viscoso.
Determinar el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un
lquido.
MATERIAL Y EQUIPO
1. Balanza 2. Bureta o pipeta de 25 ml 3. Probeta de 50 o 100 ml
4. 2 vasos de precipitados (100 y 400 ml) 5. Termmetro 6. Cronmetro
7. Calibrador 8. Estufa 9. Metro 10. Esferas metlicas 11. Aceite y
agua
PROCEDIMIENTO
La viscosidad puede considerarse como el rozamiento interno de
un fluido. Debido a la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza
para hacer que una capa lquida se deslice sobre otra. Tanto los
gases como los lquidos presentan viscosidad, aunque los lquidos son
mucho ms viscosos que los gases. Las viscosidades de todos los
fluidos dependen fuertemente de la temperatura, aumentando en el
caso de los gases y disminuyendo en el de los lquidos cuando
aumenta la temperatura. Un aspecto importante de la fabricacin de
aceites lubricantes para motores es la de reducir la variacin de la
viscosidad con la temperatura al mximo.
Las unidades de la viscosidad es el poise, donde: 2dina s1 poise
1cm
=
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Viscosidad (Flujo laminar)
Figura 8.1. Sistema de tubera empleado como viscosmetro
Cuando se considera que un fluido viscoso se desplaza en rgimen
laminar totalmente desarrollado en una tubera circular es posible
utilizar la ecuacin de Hagen Poiselle en la determinacin de la
viscosidad. Para el viscosmetro propuesto la expresin que permite
estimar la viscosidad (despreciando la prdida de energa a la
entrada la tubera) es:
4
128 8d gH Q
LQ L =
donde: Q es el caudal, es la densidad y es la viscosidad del
fluido. 1. Mantenga cerrada la salida de la tubera mientras llena
el recipiente con el aceite. 2. Mida las dimensiones H , L y d . 3.
Determine el caudal Q recogiendo un volumen de fluido en un tiempo
medido.
4. Repetir el procedimiento con la muestra a una temperatura de
40 C. 5. Repetir el procedimiento con agua (sustancia de
referencia) Nota: La relacin del rea de seccin transversal del
tanque con la de la tubera debe ser grande de tal manera que la
altura H no cambie apreciablemente durante el perodo de tiempo para
recoger el fluido. Viscosidad (Ley de Stokes)
Cuando un fluido ideal de viscosidad nula se mueve alrededor de
una esfera, o cuando una esfera se mueve dentro de un fluido
estacionario, las lneas de corriente forman un modelo perfectamente
simtrico en torno a la esfera. La presin ejercida por el fluido en
cada punto de la superficie de la esfera es la misma, y la fuerza
resultante es cero. Sin embargo, si el fluido es viscoso habr un
arrastre viscoso sobre la esfera. La fuerza de viscosidad para el
caso particular de una esfera fue deducida por Sir George Stokes en
1845 y se denomina Ley de Stokes; el equilibrio de fuerzas que se
establece cuando la velocidad de desplazamiento se hace constante
hace que la ley de Stokes pueda representarse mediante la siguiente
expresin:
( )218
P P
t
gDu =
d
H
D
L
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donde: tu es la velocidad de la esfera con respecto al fluido,
PD es el dimetro y P la densidad de la esfera.
1. Establezca una marca superior en la probeta para la cual
supondr que la esfera ha alcanzado la velocidad lmite constante.
Establezca una marca inferior, y mida la distancia entre las
marcas.
2. Deposite la esfera en la columna de fluido y soltndola
suavemente. Cuando la esfera pase la marca superior se pone en
funcionamiento el cronmetro y se detiene al alcanzar la marca
inferior.
3. Experimentar con esferas de distinto dimetro. 4. Anotar para
cada experiencia la distancia entre marcas, el tiempo, y los datos
sobre el
fluido y los referentes al material de la esfera. Complete la
Tabla 5.1.
5. Hallar el valor medio de los datos obtenidos de la
viscosidad. 6. Repetir el procedimiento con la muestra a una
temperatura de 40 C. 7. Repetir el procedimiento con agua (Si la
esfera no es muy pesada y no se corre el riesgo
de romper el fondo de la probeta). La velocidad lmite
corresponder a la velocidad terminal de sedimentacin de la
esfera.
Tabla 8.1. Determinacin de la viscosidad
Esfera Dimetro (m)
Desplazamiento (m)
Tiempo (s) Velocidad lmite (m/s)
Viscosidad (Kg/m s)
ACTIVIDADES ADICIONALES
1. A nivel molecular, a qu se deben las fuerzas de viscosidad?
2. Si el cuerpo esfrico es una burbuja de aire, esta asciende en
lugar de descender, cmo
queda la primera ley de Newton en dicho caso?
3. Existe alguna relacin entre la unidad de viscosidad
mencionada aqu (poise) con la unidad manejada en los aceites para
motores (Nmero SAE)?
4. Cul es el error porcentual en el clculo de la velocidad
terminal? Enumere todas las posibles fuentes de error
(instrumentales, accidentales, etc.)
5. Qu ocurre si el fluido no presenta flujo laminar? 6. Cul es
la precisin de cada mtodo? A qu atribuye la diferencia? 7. De
acuerdo con el tipo de fluido cul mtodo recomienda y por qu?
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16. CALIBRACIN DE UN TERMMETRO DE MERCURIO
OBJETIVOS
Determinar el punto cero con su correspondiente
incertidumbre.
Determinar el punto de ebullicin del agua con su
incertidumbre.
Determinar el valor del valor del factor de escala.
Determinar la depresin del cero.
MATERIAL Y EQUIPO
1. Termmetro 2. 2 Tubos de ensayo 3. Estufa (Incluyendo malla de
asbesto) 4. 2 Pinzas 5. 2 Vasos de precipitados 6. Hielo, alcohol y
parafina
PROCEDIMIENTO
Un termmetro de mercurio consta bsicamente de un depsito de
vidrio que se prolonga en una varilla provista de un tubo capilar
vaco (Figura 4.1), por el que asciende el mercurio al dilatarse,
como consecuencia de la absorcin de calor. Sobre la varilla se
graba una escala graduada. La lectura X en la escala est
relacionada con la temperatura T a la que se encuentra el
termmetro.
Figura 4.1. Esquema general de un termmetro
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Calibrar un termmetro no es ms que encontrar la relacin
matemtica entre X y T. Para ello, se utilizan dos temperaturas
conocidas que en este caso sern la de fusin del hielo fT
y la de ebullicin del agua eT . La fusin y la ebullicin son
transiciones de fase que, a presin constante, ocurren a una
temperatura determinada, que se conoce con mucha precisin y se
mantiene constante a lo largo del proceso de transicin.
Si la lectura del termmetro es, respectivamente, fX y eX y si se
supone que la relacin
entre X y T es lineal, se tendr: ( ) ( )e ff f f fe f
T TT T X X T X X
X X= + = +
Esta es la ecuacin de la recta que pasa por los puntos ( ),f fT
X y ( ),e eT X . La pendiente de la recta se llama factor de escala
termomtrica. La temperatura de fusin del agua apenas se ve afectada
por los cambios de presin, de modo que podemos tomar 0CfT = . En
este caso, la lectura fX se denomina punto cero del termmetro.
Por el contrario, la temperatura de ebullicin eT es muy sensible
a la presin. Por ello, para calibrar el termmetro se necesita
conocer con bastante precisin la presin atmosfrica en el
laboratorio y, a partir de ella, la temperatura de ebullicin eT
.
Determinacin del punto cero
En un vaso con hielo finamente picado se introduce el termmetro.
Para estar seguros de que el sistema est en el punto de fusin, es
preciso aadir una cierta cantidad de agua mezclndola bien con el
hielo y esperar (unos 5 minutos) hasta que el nivel del mercurio en
el termmetro se estabilice; cuando esto ocurre, el nivel del
mercurio marca el punto cero del termmetro, fX . La lectura ha de
realizarse con cuidado para evitar el error de paralaje.
Determinacin del factor de escala
1. Se vierte agua en el calormetro hasta aproximadamente los 2/3
de su volumen. A continuacin se introduce el termmetro de manera
que su bulbo quede fuera del agua. Se enciende la estufa y se
espera a que hierva el agua durante unos minutos, al cabo de los
cuales se hace la lectura fX .
2. Para determinar la temperatura de ebullicin del agua, es
necesario conocer la presin atmosfrica.
Depresin del cero
1. Si inmediatamente despus de observar el punto de ebullicin,
se introduce el termmetro de nuevo en el hielo para volver a
determinar el punto cero, se observa que el nivel del mercurio est
por debajo de la lectura anterior fX . Ello se debe a la histresis
del vidrio, el cual no recupera instantneamente el volumen
primitivo despus de haberse dilatado.
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2. Si la nueva lectura es fX , a la diferencia f fX X , se la
denomina depresin de cero. Este valor no aparece en la relacin
entre X y T. Sin embargo, brinda informacin valiosa sobre la
fiabilidad del termmetro, especialmente cuando se miden
temperaturas que varan rpidamente.
Comprobacin de la escala
Con el termmetro calibrado mida la temperatura: ambiente en el
laboratorio, de ebullicin de alcohol etlico y de fusin de parafina.
Utilizando el siguiente mtodo:
1. Se introduce una pequea cantidad de sustancia en un tubo de
ensayo. 2. Se sujeta el tubo de ensayo al termmetro. 3. El conjunto
se coloca en un vaso de precipitados con agua de tal manera que el
bulbo
del termmetro y la sustancia queden por debajo del nivel del
lquido.
4. Se calienta suavemente observando la sustancia. 5. En el
momento en que esta cambie de fase, se anota la temperatura la
cual
corresponder aproximadamente a la transicin de fase
indicada.
ACTIVIDADES ADICIONALES
1. Qu se entiende por calibracin de un instrumento? 2. A qu se
denomina error de paralaje y como se evita al hacer la lectura en
un
termmetro?
3. Cul sera el procedimiento para calibrar un termmetro en
grados Fahrenheit? Cules seran las frmulas que habra que cambiar y
como deberan escribirse?
4. Podra obtenerse el punto cero del termmetro introduciendo ste
en un bloque de hielo directamente? Por qu el hielo ha de estar
finamente picado y mezclado con agua lquida?
5. Cuando se mide la presin atmosfrica con un barmetro es
necesario realizar correcciones por temperatura y gravedad. En qu
consisten estas correcciones?
6. Qu porcentaje de incertidumbre se comete en la medida de la
presin atmosfrica?, si no se tiene en cuenta:
a. La correccin por temperatura b. La correccin por gravedad c.
Ninguna de las dos correcciones
7. Tendr sentido hablar de temperatura de una molcula? 8. Dos
cuerpos inicialmente a diferente temperatura, si estn en contacto
trmico, despus
de un cierto tiempo alcanzan una temperatura intermedia estable
que denominamos temperatura de equilibrio. Pueden, sin embargo,
estar en equilibrio trmico dos cuerpos que no estn en contacto
trmico? Cmo se llama este principio lgico?
9. En qu caso un sistema no est en equilibrio consigo mismo? De
un ejemplo.
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10. Teniendo como base el modelo de los gases ideales enumere
las variables termodinmicas macroscpicas y microscpicas. Qu sentido
tienen las variables microscpicas y macroscpicas.
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17. EXPANSIN VOLUMTRICA DE LQUIDOS
OBJETIVO
Estudiar experimentalmente la dilatacin volumtrica de
lquidos.
Determinar experimentalmente el coeficiente de dilatacin
volumtrica de lquidos.
Obtener una grfica de la densidad de lquidos con la
temperatura.
MATERIAL Y EQUIPO
1. Balanza 2. 2 tubos de expansin 3. Termmetro 4. Estufa 5. Un
vaso de precipitado de 1000 ml 6. Soportes 7. Regla 8. 2 lquidos
diferentes
PROCEDIMIENTO
El aumento de la temperatura ocasiona generalmente un aumento de
volumen, tanto en sustancias slidas como en lquidas; se demuestra
experimentalmente que, si la variacin de la temperatura no es
demasiado grande, el aumento de volumen es aproximadamente,
proporcional a la variacin de la temperatura. Igual que en el caso
de la dilatacin lineal, es tambin proporcional al volumen
inicial.
Figura 5.1. Montaje para estimar la expansin volumtrica de un
lquido
Tubo de expansin
0
Termmetro
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1. Calentar suavemente el extremo de un tubo capilar, de dimetro
conocido, girndolo continuamente al fuego hasta que cierre
completamente. Colocar en su interior una cantidad de lquido.
Sellar el extremo superior del tubo dejando aire atrapado en ese
sector. Repetir el procedimiento para el otro lquido.
2. Fija los tubo en una regla de modo que su cero coincida con
la parte sellada e introducirla en un recipiente con agua fra junto
a un termmetro (Figura 5.1), despus de dejar reposar un tiempo,
anote la altura y la temperatura inicial de los lquidos.
3. Calienta el agua lentamente y revuelve, asegurando que los
lquidos y el termmetro se encuentren a la misma temperatura. Lea
simultneamente las alturas que ocupan los lquidos y las
correspondientes temperaturas. Tome diez lecturas de estas, en lo
posible entre 25 y 90 C.
4. Convierta la altura de la columna en volumen utilizando el
rea del capilar. 5. Grafique los datos experimentales con el
volumen como funcin de la temperatura
0V V T= . Ajuste la grfica a una recta experimental. 6. La
pendiente de esa recta ser el coeficiente de dilatacin volumtrica
por el volumen
inicial ( 0V ). 7. Con la balanza determine la masa de lquido
contenida en cada tubo. Grafique la
densidad de cada lquido en funcin de la temperatura.
ACTIVIDADES ADICIONALES
1. Discuta las posibles fuentes de error en el experimento. 2.
En que consiste la dilatacin anmala del agua? 3. Cmo realizara este
experimento con slidos? y con gases? 4. Si este experimento
isobrico se realiza con un gas ideal cul ley permitira verificar?
5. Si se extrapola la lnea recta obtenida hacia el lado negativo de
la escala de temperatura,
qu significado tendr un valor de cero para el volumen?
6. En el experimento: El vidrio de los tubos se dilata? Afecta
los resultados? 7. Cul es el efecto de la presin en el experimento?
8. Que opina de la prctica? Que sugiere para mejorarla?
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18. CALOR ESPECFICO
OBJETIVO
Analizar el concepto de energa interna de un cuerpo, su origen y
el modo en que se manifiesta.
Determinar la masa equivalente en agua del calormetro.
Determinar experimentalmente el valor del calor especfico de
algn material.
MATERIAL Y EQUIPO
1. Calormetro 2. Balanza 3. Termmetro 4. Estufa 5. Agitador de
vidrio 6. Probeta de 250 ml 7. Vaso de precipitado 8. Tapones de
corcho 9. Cubos de metal
PROCEDIMIENTO
El calor especfico o capacidad calorfica de una sustancia es el
calor que debe transferirse a una unidad de masa para que esta
aumente su temperatura en un grado Celsius.
QCm T
= para determinarlo experimentalmente se utilizara un calormetro
el cual consiste de dos vasos metlicos separados entre si por un
material aislante y cubierto por una tapa tambin aislante provista
de un orificio a travs del cual se introduce un termmetro.
En esta prctica el calormetro se considerar como una "caja
negra" para efecto de los clculos necesarios, es decir, no se hay
que preocuparse de sus caractersticas especficas, solo de su
propiedad de absorber o ceder calor, y como esta es una propiedad
de todas las sustancias, en particular del agua, resulta sugestivo
considerar al calormetro como la masa de agua necesaria para que
con la cantidad de calor transferida por el calormetro se produzca
en ella la misma diferencia de temperaturas del calormetro.
calormetro calormetroA EQ C m T= donde: Em = Masa equivalente en
agua del calormetro.
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De esta forma se cuantificar el calor absorbido o cedido por el
calormetro en los clculos necesarios para la determinacin del calor
especfico del metal. Determinacin de la masa equivalente:
1. Colocar una masa ( Am ) de agua a la temperatura ambiente (
0T ) en el calormetro.
2. Calentar agua ( Am ) hasta una temperatura ( 0T ). 3. Vaciar
el agua caliente en el calormetro y esperar a que se alcance el
equilibrio ( FT ).
Como: calormetro A AQ Q Q+ = ( ) ( ) ( )0 0 0E A F A A F A A Fm
C T T m C T T m C T T + =
( ) ( )( )0 00
A F A FE
F
m T T m T Tm
T T + =
Determinacin del calor especfico del metal ( Cm ):
1. Colocar los tubos de masa Cm en el calormetro. Calentar una
masa ( Am ) de agua, vaciarla en el calormetro y tomar la
temperatura ( 0T ) de equilibrio.
2. Vaciar en el calormetro una masa ( Am ) de agua a temperatura
ambiente ( 0T ). 3. Esperar a que se alcance el equilibrio ( FT
).
Como: calormetro cubosA AQ Q Q Q+ + = ( ) ( ) ( ) ( )0 0 0 0E A
F A A F C M F A A Fm C T T m C T T m C T T m C T T + + =
( ) ( )( )( )0 00
A F E A FM A
C F
m T T m m T TC C
m T T + + =
Observaciones:
1. En esta prctica resulta muy importante hacer cuidadosamente
las lecturas de temperatura en el momento apropiado.
2. Cudese de no vaciar agua en el aislante, ya que esta tomar
parte en el intercambio de calor que se llevar a cabo en el
calormetro.
3. La prctica resultar ms precisa si la masa de los cubos es
grande (>100 g.)
ACTIVIDADES ADICIONALES
1. Qu se entiende por energa interna de un gas encerrado en un
recipiente aislado trmicamente, un termo por ejemplo?
2. Corresponde la energa interna de un gas al calor? o a su
temperatura?
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3. Qu relacin existe entre el calor cedido o absorbido (Q) y la
variacin de energa interna (U) que experimenta un gas en un proceso
termodinmico?
4. Puede un trozo de hielo poseer mayor energa interna que
cierta cantidad de agua en estado lquido o de vapor?
5. Cuntas maneras hay de cambiar la energa interna de un
sistema?
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(18). CAPACIDAD CALORFICA OBJETIVO
Determinar la capacidad calorfica de un calormetro simple, y
utilizarla para obtener la capacidad calorfica de un metal.
MARCO TEORICO Se define la capacidad calorfica (o calor
especfico) (C) como la cantidad de calor (q), para elevar la
temperatura desde T1 hasta T2 de una masa (m) de un material las
unidades respectivas usuales son: Cal /(mole*K), y Cal/(gr*K). La
ecuacin general que define la capacidad calorfica es:
C = dq mdT
dq y dT representan el cambio infinitesimal de calor y
temperatura respectivamente. Esta prctica se desarrolla con lquidos
a temperaturas tales que la transmisin de calor sea de carcter
sensible nicamente, para que se cumpla que el calor ganado
expresado como ( m Cp dT) debe ser igual al calor perdido ( m Cp
dT); por esta razn se debe conocer la capacidad calorfica del
recipiente donde se efecta la medida, puesto que tambin consume
calor. MATERIAL Y EQUIPO 1. Termo de 250 ml 2. Termmetro 3.
Agitador de vidrio 4. Tapn de corcho bihoradado. 5. Probeta de 250
ml 6. Vaso de poliestireno termo expansible (icopor) 7. Tubo de
ensayo de 29 x 200mm 8. Vaso de precipitado de 400 ml 9. Estao
metlico en granalla. PROCEDIMIENTO CAPACIDAD CALORFICA DE UN TERMO
Coloque dentro del termo o un calormetro m1 = 50 g de agua a 25C,
tpelo colocando en el orificio del corcho o de la tapa, un
termmetro de escala de precisin; agite hasta obtener en el
termmetro una lectura constante de temperatura y regstrela como Tl,
mantenga tapado el recipiente. Mientras tanto, coloque 60 gramos de
agua en un vaso de precipitados previamente pesado y caliente hasta
50C, cuando se encuentre a 50C mida
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la masa exactamente de agua y registre este valor como m2, mida
nuevamente la temperatura y registre como T2. Agrgue el agua
caliente lo ms rpidamente posible al termo, con agua a 25C y tape
rpidamente, coloque el termmetro dentro del vaso de precipitados y
agite hasta obtener una temperatura constante (T3). Suponiendo la
masa de transferencia de calor del calormetro como despreciable, se
procede a calcular la capacidad calorfica C del calormetro (termo),
aplicando la ecuacin siguiente y considerando que el calor
especfico del agua (Cpa) es igual a l cal/(g*K).
m2 * C pa (T2 T3 ) = (C + C pa * m1 ) * (T3 - Tl ) Una vez
determinado C se seca muy bien el termo y se realiza la prueba para
el metal. CAPACIDAD CALORFICA DE UN METAL Mida la masa de la esfera
metlica a la cual va a medir la capacidad calorfica y regstrela
como m3. Coloque durante 15 minutos la esfera metlica en un vaso de
precipitados que contenga agua en ebullicin, anote exactamente la
temperatura del agua en ebullicin (T4) Coloque dentro del termo o
un calormetro m1 = 50 g de agua a 25C, tpelo colocando en el
orificio del corcho o de la tapa, un termmetro de escala de
precisin; agite hasta obtener en el termmetro una lectura constante
de temperatura y regstrela como Tl, mantenga tapado el recipiente.
Levante el tapn del calormetro y vierta, lo ms rpidamente posible,
el metal a la T4, teniendo cuidado de que no entre ninguna cantidad
adicional de agua. Tape el calormetro, agite y anote la temperatura
mxima leda en el termmetro (T5). Calcule el calor especfico del
metal (Cp) conociendo la capacidad calorfica (C) del termo y los
datos experimentales obtenidos; considere el calor especfico del
agua igual a l cal/(g*oK).
m3 * Cp (T4 T5) = (C + Cpa *m1 ) * (T5 Tl) Cpa: Calor especfico
del agua Cp: Calor especfico del metal
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19. PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS (PRESIN DE VAPOR)
OBJETIVO
Determinar experimentalmente la presin de vapor de una
sustancia. MARCO TERICO La presin de vapor es la presin que ejercen
en un lquido las molculas que se encuentran en fase vapor a una
temperatura determinada, debido a la velocidad de las partculas en
su movimiento interno. Para entender mejor esto supongamos que
colocamos una cantidad muy pequea de agua en un recipiente y la
dejamos abierta al ambiente a una temperatura promedio de 15C,
despus de un tiempo prudencial observamos que el agua se ha
evaporado completamente y nunca lleg a la temperatura de ebullicin,
esto es debido a que internamente las partculas de agua se evaporan
y condensan constantemente, las partculas que se encuentran en fase
vapor ejercern presin sobre el sistema y lograrn escapar hasta
evaporarse completamente la cantidad inicial de agua. La presin de
vapor cambia proporcionalmente con la temperatura, hasta llegar a
una temperatura en la cual la presin de vapor es igual a la presin
atmosfrica, esta es denominada la temperatura de ebullicin o punto
de ebullicin de la sustancia. La temperatura de ebullicin es la
temperatura a la cual la presin de vapor del lquido es igual a la
presin atmosfrica. En un lquido puro, la temperatura se mantiene
constante durante el proceso de ebullicin. Si el lquido no es puro,
la temperatura aumenta gradualmente durante la ebullicin. MATERIAL
Y EQUIPO Para presin de vapor: (PRECAUCION: SOLVENTES MUY VOLATILES
NO ACERCAR DIRECTAMENTE A LA LLAMA) 1. Amoniaco (para calentar usar
agua a 40C) 2. Acetona (usar agua a 50C) 3. Etanol (usar agua a
85C) 4. Agua 5. Baln fondo plano 250 mL con tapa corcho para
conexin a tubo en U 6. Pinza mohor o similar 7. manmetro (tubo en
U) 8. Pipeta 9. vaso de precipitados 500 mL 10. Estufa 11. Bao de
mara
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PROCEDIMIENTO Hacer el montaje de la figura, colocar agua en el
manmetro e igualar los niveles con el sistema cerrado; colocar el
baln dentro de un bao de agua a la temperatura que se desea hacer
la determinacin; esperar 2 minutos, igualar los niveles nuevamente
abriendo la pinza de mohor. Aadir al baln mediante la pipeta entre
2 y 3 mL del lquido. Cerrar la pinza y tomar tiempo, despus de 10
minutos leer el desnivel producido que ser la presin de vapor del
lquido medida en cm o mm de agua Expresarlo en mmHg (Si no hay
desnivel, se debe desconectar el baln, lavar, secar y empezar
nuevamente).
pinza
pipeta
manmetr
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20. CALOR LATENTE Y CALOR SENSIBLE OBJETIVO
Determinar y analizar la curva tiempo-Temperatura para el cambio
de fases del agua cuando se suministra calor.
MARCO TERICO Las sustancias puras pueden cambiar de fase cuando
se suministra o retira calor, estos cambios se pueden analizar
midiendo el tiempo y la temperatura. Cuando a una sustancia pura en
fase slida se le suministra calor, se observar que existe un
aumento de temperatura hasta el punto de fusin que es la
temperatura a la que la sustancia pasa del estado slido al lquido.
Si la sustancia es pura, la temperatura se mantiene constante
durante la fusin, y slo empieza a subir si se ha fundido todo el
slido. El punto de fusin de un slido impuro es muy diferente.
Generalmente, el slido comienza a fundir a una temperatura inferior
al punto de fusin de la sustancia pura. Adems, la temperatura
aumenta progresivamente durante la fusin, lo que es una muestra de
impurezas en el slido. Cuando el slido se ha fundido completamente,
tenemos el sistema en fase lquida y la temperatura comienza a
aumentar nuevamente hasta que el lquido alcanza la temperatura de
ebullicin, o sea la temperatura a la que la presin de vapor del
lquido es igual a la presin atmosfrica. En un lquido puro, la
temperatura se mantiene constante durante el proceso de ebullicin.
Si el lquido no es puro, la temperatura aumenta gradualmente
durante la ebullicin. En las etapas de cambio de fase (fusin,
ebullicin) existe transferencia de calor sin aumento de
temperatura, esta transferencia se denomina calor latente, en las
etapas de una sola fase, s se observa el cambio de temperatura y
hablamos de calor sensible. En esta prctica no vamos a calcular la
cantidad de calor, sino el tiempo que se requiere en cada etapa.
MATERIAL Y EQUIPO 1. Vaso de precipitados 2. agitador 3. Hielo 4.
agua 5. Termmetro 6. Cronmetro 7. estufa
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PROCEDIMIENTO Colocar 150 gr de agua slida (hielo triturado) en
un vaso de precipitados, medir la temperatura inicial, calentar
lentamente (estufa en medio) y medir la temperatura cada dos
minutos, continuar con la agitacin hasta que el agua se ha
evaporado completamente (OJO: el termmetro no es un agitador y
generalmente se rompe). Elaborar una curva Tiempo-Temperatura,
anotando los cambios de fase.
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21. ENTALPA DE FUSIN DEL HIELO
OBJETIVOS
Determinar la entalpa de fusin del hielo utilizando el mtodo de
las mezclas.
Determinar el equivalente en agua del calormetro.
MATERIAL Y EQUIPO
1. Calormetro 2. Balanza 3. Termmetro 4. Estufa 5. Agitador de
vidrio 6. Probeta de 250 ml 7. Vaso de precipitado 8. Hielo y
agua
PROCEDIMIENTO
La entalpa de fusin del hielo, fH , (tambin denominada calor
latente de fusin), se define como la cantidad de calor necesaria
para pasar la unidad de masa de hielo del estado slido al lquido a
la temperatura de fusin del mismo. Si la presin bajo la cual se
produce el cambio de fase se mantiene constante e igual a 1
atmsfera, la temperatura de fusin tambin se mantiene constante y es
igual a 0C.
Se puede determinar el calor latente de fusin midiendo cmo vara
la temperatura de una mezcla de agua y hielo cuando ste se funde.
Para evitar intercambios de calor con el medio, se debe hacer la
mezcla dentro de un calormetro, el cual es, simplemente, un
recipiente cerrado y trmicamente aislado. Determinacin del
equivalente en agua del calormetro
Cuando en un calormetro se coloca un lquido a temperatura
distinta de la suya, el calormetro absorbe (o cede) algo de calor.
A la hora de hacer el balance calorimtrico es posible imaginar que
el calormetro se comporta como una cantidad de agua adicional que
hubiera que calentar o enfriar al hacer cualquier mezcla. Se define
por tanto el equivalente en agua del calormetro como la masa de
agua que absorbera (o cedera) la misma cantidad de calor que el
calormetro, para modificar su temperatura desde la inicial del
calormetro a la final del mismo.
1. Para determinar el equivalente en agua del calormetro,
comience por pesar el calormetro vaco y seco, y anote el valor de
la masa obtenido Calm .
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2. Tome una cantidad de agua (unos 200 cm3) y, utilizando la
estufa, calintela hasta unos 10 C por encima de la temperatura
ambiente. Una vez caliente, vierta esta agua en el calormetro y
cirrelo. Determine ahora la masa del calormetro con el agua
( )Cal + agua ,1m . La masa de agua aadida, Am se obtendr por
diferencia entre las dos pesadas anteriores.
3. Observe cmo evoluciona el nivel del mercurio en el termmetro
del calormetro; cuando este nivel se estabilice, anote el valor de
la temperatura del sistema (agua + calormetro), 1T .
NOTA: El calormetro debe mantenerse continuamente tapado durante
todos los experimentos. Slo se destapar cuando haya que poner algo
dentro de l.
4. Mientras se estabiliza la temperatura en el calormetro, tome
unos 200 cm3 de agua y enfrelos aadiendo un poco de hielo picado
(hasta unos 10C por debajo de la temperatura ambiente).
5. Cuando se ha enfriado el agua y en la mezcla no queda nada de
hielo, se toma nota de la temperatura de esta agua fra, 2T , se
vierte en el calormetro y se tapa. Note que ha medido la
temperatura del agua fra antes de ponerla en calormetro.
6. La masa de agua fra aadida, Bm se obtiene pesando de nuevo el
calormetro con el agua caliente y fra. Si la masa total es ahora (
)Cal + agua ,2m , la masa de agua fra es:
( ) ( )Cal + agua ,2 Cal + agua ,1Bm m m= 7. Agite suavemente la
mezcla en el calormetro, e introduzca el termmetro. Anote la
temperatura de equilibrio de la mezcla finalT . En este proceso
el calormetro y el agua caliente ceden calor y bajan su
temperatura, mientras que el agua fra recibe dicho calor y aumenta
su temperatura. Por consiguiente, la ecuacin de balance
calorimtrico, en el equilibrio, tiene la siguiente forma:
( )( ) ( )1 final final 2A Bc m K T T cm T T+ = siendo c el
calor especfico del agua, c = 4169 J/(kg K). 8. Por tanto, el
equivalente en agua del calormetro K se calcula mediante la
ecuacin:
( )( )final 21 finalB
Am T T
K mT T
=
El procedimiento utilizado de mezclar distintas masas a
distintas temperaturas y medir la temperatura final de equilibrio
se denomina mtodo de las mezclas y se va a utilizarlo tambin para
la determinacin de la entalpa de fusin del hielo. Determinacin la
entalpa de fusin del hielo
1. Para determinar la entalpa de fusin del hielo, tome
aproximadamente unos 40 g (la medida precisa de esta masa le
realizaremos ms tarde, por diferencia de pesadas) de hielo
granizado y squelo lo ms posible sin tocarlo directamente con los
dedos. En el calormetro se tiene el agua que queda de la primera
parte de la prctica.
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2. Justo antes de adicionar el hielo en el calormetro, lea y
anote nuevamente la temperatura del calormetro con el agua, 3T
(esta temperatura deber coincidir prcticamente con la ltima que
hizo, 2T , pero puede diferir ligeramente).
3. Tape el calormetro y siga atentamente la evolucin de la
temperatura del sistema (calormetro, agua y hielo), durante unos
minutos, hasta que todo el hielo se haya fundido. Para comprobar
que el hielo se ha fundido, no necesita estar destapando
continuamente el calormetro; lo sabr porque la temperatura deja de
bajar y se estaciona en un cierto valor durante unos minutos. Esta
temperatura se anota y se denomina finalT .
4. En este ensayo, el calor cedido por el agua caliente y el
calormetro deber igualar al calor que ha tomado el hielo para
fundirse (calor de fusin) ms el necesario para elevar su
temperatura desde la de fusin fusin 0 CT = hasta la temperatura de
equilibrio finalT . Si la masa de hielo es Cm , este balance se
expresa como:
( ) ( )final fusin 3 final( )C f C Bm H cm T T c m K T T + = + y
por tanto, la entalpa de cambio de fase vendr dada por:
( ) ( )3 final final fusin( )BfC
m K T TH c T T
m + =
Para medir la masa de hielo Cm , se pesa una vez ms el
calormetro con todo lo que contiene, y se le resta la masa anterior
( )Cal + agua ,2m
ACTIVIDADES ADICIONALES
1. Cuales son las incertidumbres en la determinacin del:
equivalente en agua del calormetro, entalpa de fusin del hielo.
2. Por qu es preciso no tener hielo cuando se determina el
equivalente en agua del calormetro?
3. Si el equivalente en agua del calormetro es 50 g, significa
esto que la masa del calormetro es igual a 50 gramos?.
4. Cmo debera escribirse la ecuacin de balance energtico para
incluir la posible circunstancia de que el trozo de hielo tenga una
temperatura inferior a la de fusin?
5. Por qu el hielo aadido ha de estar seco cuando se trata de
determinar su entalpa de fusin?
6. Cuando se hace la determinacin del equivalente en agua del
calormetro, se sugiere tomar aproximadamente las mismas cantidades
de agua y ajustar las temperaturas, de modo que el agua caliente
est unos 10C por encima de la temperatura ambiente y la fra 10C por
debajo. Cmo justifica esta sugerencia?