Física II Trabajo Práctico Nº5 - 2016 Termodinámica

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Esta ley describe que la razón de pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la diferencia entre la temperatura del cuerpo y el medio ambiente:

[pic 3](8)

Donde k es una constante de proporcionalidad conocida como parámetro de enfriamiento y Tamb es la temperatura ambiente, que se supone que siempre es constante. Integrando esta ecuación (8) con la condición inicial de que en el instante t=0, la temperatura del cuerpo es T0, Obtenemos la relación lineal siguiente:

[pic 4] (9)

Evaluaremos el grafico obtenido de la diferencia de temperatura hasta llegar a la temperatura ambiente en función del tiempo.

DESARROLLO

- Calcular la masa equivalente del calorímetro:

Contamos con dos calorímetros, de masas conocidas, cada uno con agua a diferentes temperaturas, uno con agua fría y otro con agua caliente. Tomamos nota de las temperaturas y las masas de cada una de ellas. Luego vertimos el agua caliente en el calorímetro que contenía el agua fría y medimos la temperatura final, que consideramos que es la temperatura de equilibrio. Con estos datos calculamos la masa equivalente del calorímetro.

- Calcular los calores específicos del bronce, aluminio y plomo:

Utilizando el mismo calorímetro que en la experiencia anterior, se calculó el calor especifico las diferentes pesas de aluminio, bronce y plomo.

Se calentó una de las pesas en una jarra de agua, esta misma apoyada en un calentador. El agua cerca del hervor, le fue cediendo calor a la pesa. Al mismo tiempo en el calorímetro previamente utilizado, lo llenamos de agua muy fría y tomamos nota de la temperatura de la misma. Luego le agregamos la pesa que estaba siendo calentada. Nuevamente tomamos dato de la temperatura estable que alcanzaba el sistema. Sabiendo la masa de agua, de la pesa y del calorímetro, se calculó el calor específico.

Se repitió este mismo procedimiento para las dos pesas restantes.

- Análisis de un proceso adiabático y un proceso isotérmico para un gas ideal:

Asumimos el aire como un gas ideal. Montamos un cilindro con un pistón que puede operarse manualmente para comprimir como se ilustra en la Figura 1, conectado a una computadora que codificaba la presión y el volumen de cada vez que se bajaba la palanca. El proceso adiabático se logró gracias al movimiento rápido del pistón, y para imitar un proceso isotérmico movimos el pistón de forma lenta.

Con los datos obtenidos del programa realizamos los gráficos de los respectivos procesos y los analizamos, para obtener el coeficiente adiabático (γ) del aire.

[pic 5]

Figura 1: montaje del cilindro con un pistón.

- Análisis de la ley de enfriamiento de Newton:

Utilizamos una termocupla conectada a la computadora. Con el programa de LoggerPro, medimos la temperatura de ella al sumergirla en agua caliente. Una vez que el programa marcaba una temperatura constante, la sacamos del agua y la dejamos enfriar hasta que alcance una temperatura ambiente, primeramente sin moverla.

Luego repetimos el mismo procedimiento pero esta vez enfriamos la termocupla agitándola hasta que llegue a la temperatura ambiente.

Con los datos de temperatura obtenidos de los dos procedimientos hicimos, para cada experiencia, un gráfico de la temperatura en función del tiempo y las comparamos.

RESULTADOS

- Calcular la masa equivalente del calorímetro:

Asumimos que el calor especifico del calorímetro y el calor especifico del agua es de 1cal/gºC.

Tabla 1: Datos medidos a lo largo de la experiencia.

Maguafria [g]

Maguacaliente [g]

Taguafria [ºC]

Taguacaliente [ºC]

Teq [ºC]

200,0 ± 0,1

214,5 ± 0,1

8 ± 2

67 ± 2

38 ± 2

Suponiendo que ocurre un proceso adiabático ya que se realiza el experimento en un calorímetro (esto quiere decir que se conserva la energía del sistema), utilizamos la ecuación (4). La definimos de la siguiente manera, y de allí despejaremos la masa de equivalente del calorímetro en agua:

[pic 6]

Obtuvimos una masa de equivalente en agua del calorímetro de (27,5625±) g

- Calcular los calores específicos del bronce, aluminio y plomo:

Para esta parte del informe, al igual que cuando medimos la masa equivalente, utilizamos la ecuación (4), esta vez despejando el calor especifico del metal en cuestión:

[pic 7]

Tabla 2: Datos medidos en la experiencia para una pesa de aluminio.

Maguafrio [g]

mAluminio [g]

meq [g]

TFrio [ºC]

TCaliente [ºC]

Teq [ºC]

302,5 ± 0,1

199,6 ± 0,1

27,56±

1 ± 2

75 ± 2

9 ± 2

Se obtuvo un calor específico para el aluminio de: (0,1754±) cal/gºC

Tabla 3: Datos medidos en la experiencia para una pesa de bronce.

mFrio [g]

mBronce [g]

mEq [g]

TFrio