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TRANSMISIN DE CALOR
FISICA II
A. CONDUCCIN DE CALOR
I. OBJETIVO Estudiar la conduccin del calor a travs de los
metales, tomando en cuenta el material y las dimensiones de las
varillas.
II. MATERIALES Trpode variable Varilla soporte, 250mm Varilla
soporte, 600mm Nuez doble Soporte para tubos de
vidrio Aro con nuez
Rejilla con porcelana Pinza universal Beaker de 250ml Termmetro
Agitador Pipeta 4 Varillas en forma de U
Piedras de ebullicin Cronmetro Cinta mtrica Mechero de
butano
Fsforos Copa brillante (aluminio) Probeta
III. BREVE RESUMEN TERICO La conduccin de calor en metales sigue
una ley sencilla. Como sabemos se trata de:
LTkA
tQH =
= (1)
En nuestro experimento el foco caliente no se mantendr constante
en el tiempo. Un aspecto importante de la experiencia es medir cmo
va aumentando la temperatura en el extremo fro.
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Para calcular el flujo calorfico utilizaremos el calor que
recibe el agua, la copa brillante y la varilla procedente del agua
hirviendo. Haremos:
t
Tcm
t
Q ii
ii
=
=
3
1
(2)
De este modo la conductividad se obtiene haciendo:
fc
i
i
ii
TTtT
ALcmk
==
13
1 (3)
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a) Montaje 1) Monte el material
de soporte segn la figura.
2) Mida en la varilla que va a utilizar, el ancho b y el dimetro
d de su seccin. 3) La longitud medida ha de corregirla
introduciendo las longitudes verticales que estn
fuera del vaso y la copa: lcorr = l + s1 + s2 Coloque el beaker
y el soporte universal con la copa de manera que entre los
dos se pueda sostener en su momento la varilla en forma de U
hacia abajo. Ahora bien, mdala pero no la coloque todava
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4) Agregue 200ml de agua en el beaker y dos piedras de
ebullicin. 5) Coloque el termmetro en la copa para que quede
aprox.1 cm arriba del fondo.
b) Realizacin 6) Caliente el agua hasta que hierva, luego baje
la intensidad de la
llama. 7) Coloque en la copa 20 ml de agua (use probeta y
pipeta). 8) Mida la temperatura, sta corresponde a t = 0 min. 9)
Coloque la varilla metlica con un brazo en el agua hirviendo y
el
otro en la copa con agua fra y ponga en marcha el cronmetro. 10)
Cada minuto anote la temperatura del agua en la copa, y agite
regularmente. Terminar a los 12 minutos. 11) Repita el
procedimiento para cada varilla.
Detalle del montaje de la varilla entre el beaker y la copa
Varilla en forma de U
cuya conductividad se
va a medir
b
s1 s2
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V. DATOS NECESARIOS Con los datos que vaya tomando, prepare las
siguientes tablas
1) OBSERVACIONES Y RESULTADOS DE LAS MEDICIONES Metal Cu Al Cu
Cu
Dimetro (d) (mm)
Longitud (b) (mm)
Tiempo (min) T (C) T (C) T (C) T (C) 0
1
2
3
12
2) INCREMENTO DE LA TEMPERATURA ENTRE t = 2 min. Y t =12
min.
Metal d (mm) b (mm) T (C) Cu
Al
Cu
Cu
VI. RESULTADOS 1) Para cada varilla, grfica donde se muestre la
variacin de la
temperatura en relacin con el tiempo. Grafcalas conjuntamente
del siguiente modo: Grficas para Al y Cu de las mismas dimensiones
Grficas para las varillas de Cu de distintas dimensiones
Conductividades de cobre y aluminio (en base a la frmula (3) y
los datos obtenidos en la zona de mayor pendiente de las curvas
antes pedidas (posiblemente entre 2 y 4 minutos)
2) Grficas de variacin del flujo calorfico versus el tiempo,
para cada varilla.
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VII. CUESTIONARIO 1) Qu metal conduce mejor el calor? En base a
las grficas, explique
la influencia de las dimensiones de la varilla en la cantidad de
calor que conduce.
2) Por qu aumenta muy poco la temperatura en los dos primeros
minutos?
3) Obtenga las conductividades reales de cobre y aluminio. Al
realizar el experimento no hemos tenido en cuenta algo importante
en el flujo calorfico, de ah que los valores medidos no se acerquen
a los reales. Qu falt tener en cuenta?
4) Qu puede llegar a ocurrir en el agua en el beaker que debera
llevarnos a finalizar nuestra medicin, pues ya los datos comenzaran
a presentar valores errneos?
5) Para varillas iguales, cul enfriar ms rpidamente el agua
caliente del beaker? Por qu?
Ver. 4_2011 OZ 18agosto2011
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B. AISLAMIENTO TRMICO
I. OBJETIVO Comprobar el enfriamiento de agua en un calormetro
aislado y en un recipiente normal.
II. MATERIALES
o Trpode variable o Varilla soporte, 600 mm o Nuez doble o Aro
con nuez o Rejilla con porcelana o Pinza universal o Tapn para
calormetro o 2 planchas de fieltro o Beaker de 250 ml y de 400
ml
o Matraz Erlenmeyer, 250 ml, cuello ancho
o Pipeta y Probeta. o Termmetro o Cronometro o Mechero de butano
o Fsforos o Piedras de ebullicin
III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1) Realice el montaje segn la figura de abajo. 2) Ponga 200 ml
de agua en el matraz Erlenmeyer. 3) Construya el calormetro,
colocando el beaker de 250 ml dentro del beaker de 400 ml y
entre ambos inserte el fieltro.
4) Coloque el termmetro en el orificio de 8 mm de la tapa. 5)
Haga hervir el agua del matraz erlenmeyer. 6) Destape el calormetro
y vierta el agua caliente en l. Tenga las precauciones necesarias.
7) Tape el calormetro e inicie el cronmetro.
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8) Mida la temperatura cada minuto y anote los valores en una
tabla. 9) Repita el experimento utilizando solamente el beaker de
250ml, sin tapa.
IV. DATOS NECESARIOS
Tablas de tiempo vs. temperatura para ambos casos (beaker con
tapadera y sin ella).
V. RESULTADOS
Grafique la temperatura del agua en funcin del tiempo para el
calormetro y despus para el beaker sin tapa.
VI. CUESTIONARIO
1) En el calormetro, qu proceso de transferencia de calor
interviene fundamentalmente para que el agua baje la
temperatura?
2) En qu recipiente baja la temperatura ms lentamente? Por qu?
3) D ejemplos en los que se aplique el aislamiento trmico. 4)
Investigue tres materiales que sirvan de aislamiento trmico. 5) Cmo
debera haberse revestido el calormetro para disminuir transferencia
de calor por
radiacin? Explique. 6) No hubiera bastado la capa de aire como
aislante entre los dos beakers (de diferente
tamao)? Explique. 7) Investigue para explicar por qu los igloos
de los esquimales son de paredes de hielo
Ver.4_2011 OZ 18agosto2011
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C. ABSORCIN DE RADIACIN TRMICA
I. OBJETIVO
Estudiar la absorcin de calor de una superficie negra y otra
brillante.
II. MATERIALES
o Trpode varaible o Varilla soporte, 250mm
o Varilla soporte, 600mm o Nuez doble o Soporte para tubos de
vidrio o Copa brillante o Copa negra o 2 tapones de goma con un
orificio o 2 Termmetros o Cronmetro o Mechero de butano o
Glicerina
III. PROCEDIMIENTO
EXPERIMENT
AL
1) Realice el montaje que se muestra en la figura.
2) Coloque los dos termmetros igualados en los tapones de goma,
de manera que sobresalgan unos 3cm y ponga los tapones en las
copas, Utilice glicerina para colocarlo con facilidad.
3) Coloque los termme-tros en los canales del soporte amarillo,
y las
dos copas a la altura de la llama del mechero. 4) Ponga el
mechero, con la llama brillante, a la misma distancia de las dos
copas, unos 5
cm por delante. 5) Lea la temperatura inicial de cada termmetros
y antela en la tabla (t = 0) 6) Inicie el cronmetro y lea las dos
temperaturas cada minuto.
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IV. DATOS NECESARIOS
Registre en una tabla las temperaturas en ambas copas cada
minuto durante 10 minutos.
V. RESULTADOS
1) Grafique las dos temperaturas en funcin del tiempo en un solo
diagrama. 2) Seale qu cuerpo absorbe mejor la radiacin trmica.
VI. CUESTIONARIO
1) Por qu no se coloca la llama abajo de las copas, sino al
lado? 2) Qu tipo de radiacin (ultravioleta, gamma, microondas...)
reciben las copas? 3) En base a las grficas, qu relacin hay entre
las emisividades de las copas? 4) Qu ocurrira con la temperatura de
las copas si mientras estn junto a la llama
emitieran como radiacin propia la misma cantidad que la que
reciben? Explique. 5) Si las copas cilndricas hubieran tenido
dimensiones doble de las que tienen, cul
sera la relacin numrica entre la radiacin que en nuestro
experimento reciben respecto de la que entonces recibiran? Cmo se
debera apreciar esa variacin en las grficas de
temperatura-tiempo?
6) Regresando a los igloos, estime qu temperatura puede haber
adentro si se encuentran cuatro personas (como sugerencia, quiz
evidente, no olvide que esta pregunta est incluida en el tema de
radiacin).
Ver.1_2011 OZ 17Feb2011 A continuacin: MEDICIN DE TEMPERATURAS
CON EL Cobra
Tiempos Temperaturas Copa 1 Copa 2 1 min 2 min 3 min 4 min 5 min
......
10 min
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[email protected]
APNDICE. MEDICIN DE TEMPERATURAS CON EL Cobra
1) Abrir el programa Phywe Measure
2) Clic en el botn rojo New Measurement.
3) Aparece una ventana con tres vietas (Setup, Settings y
Displays)
4) Ingresar los valores que aparecen en las imgenes. El nmero de
valores se fija en 13
para que las mediciones se hagan desde 0 min hasta 12 min as no
se debe medir la
temperatura inicial en la copa sino que toman como inicial la de
t=0 min. En Start
condition se puede usar Key press y tambin se tomar una medicin
para t=0 min.
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5) Clic en Continue.
6) Aparece la ventana que muestra la temperatura. Hacer clic en
Start measurement y
el programa terminar solo despus de tomar los 13 valores.
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7) Aparecer la ventana con la grfica respectiva. Entrar en
Measurement, Export
data, ingresar las opciones dadas en la imagen y copiar los
datos en un bloc de notas.
Ver.4_2011 OZ 18agosto2011