Práctica 1

Practica No. 1    Expansión volumétrica.

Objetivo: Comparar la expansión de agua, alcohol y aire al variar la temperatura; y determinar el coeficiente de rapidez con que se expande cada uno.

Construir un medidor de temperatura en base a los resultados del experimento.

Aprendizajes esperados: Que la/el alumna/o:

1. Comprenda el funcionamiento de los aparatos para determinar el volumen específico (o su inverso, la densidad), la temperatura y el coeficiente de expansión térmica de un líquido.

2. Seleccione sustancias adecuadas para sus experimentos.

3. Determine los valores del volumen específico y la temperatura, a partir de mediciones derivadas del comportamiento de los líquidos, a la presión barométrica de la ciudad de Mérida.

4. Determine el coeficiente de expansión térmica a partir de sus resultados anteriores.

5. Conozca otros aparatos y sus principios físicos, para medir las propiedades termodinámicas anteriores.

6. Establezca una escala particular de temperatura y encuentre su relación con otras escalas.

7. Determine las incertidumbres de sus resultados y compare éstos con valores conocidos.

Introducción

En esta práctica podemos observar la variación de volumen con respecto a la temperatura; tomando con cuidado los datos de variación de volumen podremos calcular un coeficiente de expansión volumétrica (calibración de un termómetro). Y con ello calibrar adecuadamente el material para tener un dispositivo de medición de temperatura. Y recordando los temas de principios de curso podremos también hacer una tabla de la densidad en función de la temperatura, para ello deberás tomar los datos necesarios.

Material

+ 1 calentador eléctrico

1 vaso de 800 ml

1 vaso de 200 ml

1Termómetro de mercurio

1 soporte universal

1 varilla de soporte

1 Mordaza tipo nuez

1 tubo con bulbo

1 jeringa c/manguera

1 marcador indeleble

60 ml de alcohol (lo debe traer el alumno)

1 popote transparente

1 pintura vegetal (lo debe traer el alumno)

Figura 1. Armado del sistema

1 balanza digital

Agua

Pintura vegetal

Desarrollo

Construcción de un termómetro;

1.       Pesa el tubo con bulbo, ¿Cuál es la incertidumbre de esta medición?

2.       Con la jeringa mide el volumen del bulbo hasta una marca que pondrás fuera del bulbo (a uno 3 milímetros) ese es tu volumen inicial.

3.       Agregando un volumen conocido de agua calcula el diámetro de la parte recta del tubo y pon marcas a cada milímetro a la largo de esta parte del tubo.

4.       Llena hasta el volumen inicial y determina la masa del líquido, a temperatura ambiente.

5.       Colócale el popote para alargar el tubo y colócalo dentro del vaso con agua, figura 1, espera hasta que haya un equilibrio térmico (toma el valor de la temperatura en el vaso con agua como el de la temperatura ambiente). Si el nivel del líquido en el bulbo cambia corrígelo toma en cuenta esta corrección para la masa.

6.       Enciende el calentador y espera a que hierva el agua, cuando esto suceda hay que esperar un poco hasta ver que el nivel del líquido en el tubo no cambia.

7.       Poner la marca del nivel del líquido. Apaga el calentador y saca el tubo con bulbo del vaso, con mucho cuidado recuerda que esta caliente.

8.       Mide la distancia entre las dos marcas a cada una de estas macas asígnale un valor de 0 a 300,  mayor valor a la segunda. Llámale a esta escala grados”tu nombre”. Divide la distancia entre las marcas en espacios iguales asígnale el valor correspondiente en tu nueva escala.

9.       Encuentra la relación entre tu escala de medición y la escala en grados Kelvin.

Expansión volumétrica

1.       Comienza nuevamente el experimento agregando ahora el termómetro de mercurio, empieza a calentar tomando los datos de volumen y temperatura para determinar su comportamiento T vs V.

2.       Este experimento se debe hacer con agua, alcohol y aire para comparar, como lo dice el objetivo. Al hacerlo con aire deberás colocar una pequeña cantidad de agua o mercurio de forma que quede atrapado aire en el bulbo.

3.       ¿Cómo varia este experimento si el volumen del bulbo es mucho más grande que el volumen del tubo a la salida del bulbo?, Realiza el experimento con un segundo tubo de bulbo mucho mas grande.

4.       Explica el fenómeno y justifícalo con tus mediciones y cálculos.

RESULTADOS

1.       A partir de las mediciones determina el volumen específico como función de la temperatura.

2.       Elabora gráficas de temperatura (T) vs. volumen específico (u) para cada una de las sustancias.

3.       Haz ajustes lineales o polinomiales y presenta las correlaciones u = f (T)

4.       Encuentra el coeficiente de expansión térmica para cada sustancia a partir de las correlaciones anteriores y a partir de la aproximación de la derivada como un cociente incremental de las diferencias entre dos puntos, para los datos T vs. u (método de diferencias finitas). Aquí las diferencias se pueden tomar hacia delante, hacia atrás o como el promedio de ambas. ¿Qué valores están más cercanos a los datos de la literatura? ¿A qué puede deberse esto?

5.       Desarrolla fórmulas para transformar tus grados a grados centígrados y Kelvin.

Discute sobre la discordancia de las escalas de temperatura basadas en las propiedades de las sustancias, con relación a la escala termodinámica de temperatura.