Syllabus Fisica III
Syllabus Fisica III
Syllabus Fisica III
Ingeniera Ambiental
TERCER SEMESTRE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA
FSICA III
Elaborado por:
Ing. Milton Martnez
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
1
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
UDABOL
UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01
VISIN DE LA UNIVERSIDAD
MISIN DE LA UNIVERSIDAD
Aprobado por: Ing. Gelen Perlina Tondelli Mndez Fecha: Enero de 2008
SELLO Y FIRMA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
2
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
JEFATURA DE CARRERA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
3
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
4
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Diagnostico para la deteccin del problema: Actualmente existen diferentes programas que permite
facilitar el aprendizaje de la fsica y la matemtica. La materia de Fsica III ser una materia de apoyo al
proyecto que se ejecutara en la materia de Programacin II.
Nombre del proyecto: La materia de Fsica III contribuir al proyecto de Creacin de software
pedaggico para incentivar el aprendizaje de la fsica y la matemtica.
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
5
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
6
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
7
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
WORK PAPER # 1
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
8
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Acero 460
Oro 130
Donde Tf es la temperatura final y Ti es la
temperatura inicial. Plata 235
Plomo 130
El calor especfico es la cantidad de calor que hay
que suministrar a un gramo de una sustancia para Sodio 1300
que eleve en un grado centgrado su temperatura.
Joule demostr la equivalencia entre calor y trabajo La cantidad de calor recibido o cedido por un
1cal=4.186 J. Por razones histricas la unidad de cuerpo se calcula mediante la siguiente frmula
calor no es la misma que la de trabajo, el calor se
suele expresar en caloras. Q=mc(Tf-Ti)
El calor especfico del agua es c=1 cal/(g C). Hay Donde m es la masa, c es el calor especfico, Ti es
que suministrar una calora para que un gramo de la temperatura inicial y Tf la temperatura final
agua eleve su temperatura en un grado centgrado.
Si Ti>Tf el cuerpo cede calor Q<0
3. Fundamentos fsicos
Si Ti<Tf el cuerpo recibe calor Q>0
Cuando varios cuerpos a diferentes temperaturas
se encuentran en un recinto adiabtico se producen La experiencia se realiza en un calormetro
intercambios calorficos entre ellos alcanzndose la consistente en un vaso (Dewar) o en su defecto,
temperatura de equilibrio al cabo de cierto tiempo. convenientemente aislado. El vaso se cierra con
Cuando se ha alcanzado este equilibrio se debe una tapa hecha de material aislante, con dos
cumplir que la suma de las cantidades de calor orificios por los que salen un termmetro y el
intercambiadas es cero. agitador.
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
9
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
k=mvcv+mtct+maca
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
10
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Como se puede medir si un objeto esta caliente o d) Mas fcil elevar las temperaturas del agua, pero
fro? Que es calor? Que es temperatura? mas difcil bajarla que el cobre.
7. 50 g de plata se enfran hasta 50 oC, perdiendo
2. Analizar crticamente las siguientes expresiones, 500cal. A que temperatura estaba la plata?
seguidas de cuatro opciones de las cuales una es
correcta: Se dice que dos cuerpos estn a la 8.A una varilla d hierro de 1m de longitud y 1
misma temperatura, cuando cm2 de seccin en condiciones normales se le
a) Ambos tienen la misma cantidad de calor entregan 10 kcal. Cunto aumenta su longitud?
b) La energa total de las molculas de uno es (densidad del hierro 7,85 g/ cm3)
igual a la energa total de las molculas del
otro 9. Se desea disminuir la temperatura de 2kg de
c)Ambos ganan calor en la misma proporcin hierro de 250 oC a 25 oC Qu ms de agua
d) Al ponerse en contacto no se transfiere calor. inicialmente a 20 oC se necesita para este
proceso?
3. Cuando se mide la temperatura de una persona
que tiene fiebre es conveniente esperar algunos 10. Se dejan caer dos bloques, uno de aluminio y
minutos para que: otro de cobre, que tienen la misma masa y la
a) El calor que absorbe el termmetro sea igual al misma temperatura (0oC) en un calormetro de
calor que absorbe el enfermo capacidad calorfica despreciable que contiene
b) El calor que cede el termmetro sea igual al agua caliente. El calor especfico del aluminio es
que cede el enfermo casi el doble que el calor especfico del cobre.
c)El calor que absorbe el termmetro sea mayor al Decidir si los siguientes enunciados son verdaderos
que cede el enfermo o falsos, justificar la respuesta:
d) El termmetro llegue al equilibrio trmico con el Cuando el sistema ha alcanzado el equilibrio:
cuerpo del enfermo a) El cobre se encuentra a mayor temperatura que
el aluminio
4. Analizar: Se colocan dos recipientes A y B b) El aluminio se encuentra a mayor temperatura
idnticos sobre dos hornillas (proporcionndoles la que el cobre
misma cantidad de calor). El recipiente A contiene 1 c)Los dos se encuentran a la misma temperatura
litro de agua y el recipiente B contiene 5 litros de d) El cobre ha absorbido ms energa que el
agua. Cmo sern las temperaturas del agua de aluminio.
cada recipiente al cabo de cierto tiempo? e) El aluminio ha absorbido mas energa que el
cobre
5. Analizar: El calor que se necesita entregarle a 2 f) Los dos han absorbido la misma cantidad de
litros de agua par que eleve su temperatura desde energa
20 oC a 60 oC es : a) 80 cal b) 2000 cal c) 80.000
cal d) 120.000 cal 11. Se desea conocer el calor especifico de un
cierto material, para ello se clienta una mas
6. El calor especfico del agua es 1cal/g oC y del m (250,0 0,2) g del mismo a 100,0 oC y se
cobre es de 0,09 cal /g oC . De lo anterior se lo coloca en un calormetro de latn de
deduce que si tenemos 1 kg de agua y 1 kg de m ( 200,0 0,2) g que contiene
cobre, resulta:
a) Mas fcil elevar o disminuir la temperatura del
(501,2 0,2) g de agua inicialmente a 20,0 oC.
agua que del cobre La temperatura de equilibrio final es de 21,3 oC. El
b) Mas fcil elevar o disminuir la temperatura del error con que se midieron las temperaturas es de
cobre que la del agua. 0,1 oC. Determinar el calor especfico del material
c) Que como son masas iguales, se necesita la con su error.
misma cantidad de calor para cambiar la
temperatura. 12. Un litro de agua est a 20oC se conecta un
calentador de inmersin de 500 W durante 420 s.
Cul es el aumento de temperatura?
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
11
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
WORK PAPER # 2
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
12
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
4. Kelvin
Temperatura del
La tercera escala para medir la temperatura es cuerpo humano
comnmente llamada Kelvin (K). Lord William
Temperatura de
Kelvin (1824-1907) fue un fsico Escocs que una habitacin
invent la escala en 1854. La escala Kelvin est
basada en la idea del cero absoluto, la temperatura
teortica en la que todo el movimiento molecular se Punto de fusin
para y no se puede detectar ninguna energa. En del hielo
teora, el punto cero de la escala Kelvin es la Cero absoluto
temperatura ms baja que existe en el universo:
-273.15C. La escala Kelvin usa la misma unidad
de divisin que la escala Celsius. Sin embargo
vuelve a colocar el punto cero en el cero absoluto:
-273.15C. Es as que el punto de congelamiento
del agua es 273.15 Kelvin (las graduaciones son
llamadas Kelvin en la escala y no usa ni el trmino
grado ni el smbolo ) y 373.15 K es el punto de CUESTIONARIO WORK PAPER N 2
ebullicin del agua. La escala Kelvin, como la
escala Celsius, es una unidad de medida estndar
1. Dadas las siguientes temperaturas: 1500 oC, 120
del SI, usada comnmente en las medidas o
C ,55 oC ,37 oC , 19 oC , 0 oC,-12 oC,-50 oC.
cientficas. Puesto que no hay nmeros negativos
Analizar sus valores e indicar cual puede
en la escala Kelvin (porque tericamente nada
corresponder a lo siguiente:
puede ser ms fro que el cero absoluto), es muy
a) Punto de fusin del hierro
conveniente usar la escala Kelvin en la
b) Temperatura de una habitacin confortable
investigacin cientfica cuando se mide temperatura
c)Punto de fusin del hielo a presin normal
extremadamente baja.
d) Temperatura normal en la Antrtida
Aunque parezca confuso, cada una de las tres
e) Temperatura normal del cuerpo humano
escalas de temperatura discutidas nos permite
medir la energa del calor de una manera
2. Realizar las siguientes conversiones:
ligeramente diferente. Una medida de la
a) 10 F a oC
temperatura en cualquiera de estas escalas puede
b) 40 a oC F ,
ser fcilmente convertida a otra escala usando esta
c)-30 oC a F
simple frmula.
3. Un termmetro centgrado mal calibrado marca 8
D hacia
hacia Fahrenheit hacia Kelvin en OC. El punto de fusin del hielo y 99 oC en el
e Celsius
punto de ebullicin del agua, en un lugar en que la
F F (F - 32)/1.8 (F-32)*5/9+273.15 presin atmosfrica es de 760 Hg. Qu expresin
debe emplearse par determinar la temperatura
C (C * 1.8) + 32 C C + 273.15 real? Si el termmetro marca 50 Cu oC Cul es la
K (K-273.15)*9/5+32 K - 273.15 K verdadera temperatura?
A qu temperatura es correcta la lectura del
termmetro? Que tipo de error es ste?
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
13
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
14
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
WORK PAPER # 3
En la siguiente tabla, se proporcionan los datos referentes a los cambios de estado de algunas sustancias.
Los cambios de estado se pueden explicar de Los tomos y molculas vibran, alrededor de sus
forma cualitativa del siguiente modo: posiciones de equilibrio estable, cada vez con
mayor amplitud a medida que se incrementa la
En un slido los tomos y molculas ocupan las temperatura. Llega un momento en el que vencen a
posiciones fijas de los nudos de una red cristalina. las fuerzas de atraccin que mantienen a los
Un slido tiene en ausencia de fuerzas externas un tomos en sus posiciones fijas y el slido se
volumen fijo y una forma determinada. convierte en lquido. Los tomos y molculas
siguen unidos por las fuerzas de atraccin, pero
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
15
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
16
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Q1+Q2+ Q3=0
(2)
6. La evaporacin de la transpiracin es un
importante mecanismo par el control de la
temperatura en los animales de sangre caliente.
Qu masa de agua debe evaporarse de la
superficie del cuerpo de una persona de 80 Kg.
Ahora tenemos que tener en cuenta que la masa para enfriarlo 1oC. El calor especfico del cuerpo
mh de hielo se convierte en agua y a continuacin humano es aproximadamente 1 cal/g oC y el calor
eleva su temperatura de 0C a Te. Por otra parte, el latente del agua a la temperatura del cuerpo 37 oC
calormetro (su masa equivalente en agua k) eleva es 577 cal/g oC
su temperatura de 0 C a Te.
7. Un bloque de 1 kg de cobre a 20 oC se deja caer
El calor absorbido por el hielo es Q1=mhLf+ en un recipiente que contiene nitrgeno lquido a la
mhc(Te-0) temperatura 77 K. Suponiendo que el recipiente
Calor absorbido por el calormetro Q2= est trmicamente aislado de los alrededores,
kc(Te-0) calcular el nmero de litros de nitrgeno que se
evapora hasta que el cobre llega a los 77 K
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
17
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Densidad 0,8 g/cm3, calor de evaporacin del todo el hielo Si es as a qu temperatura queda la
nitrgeno: 48 cal /goC mezcla? calor especifico del hielo 0,5 cal / g oC
calor de fusin del hielo 80 cal/goC.
8. Se mezcla 1kg de agua a 95 oC con 1 kg de hielo
a 5oC . Se dispone de suficiente calor para fundir
WORK PAPER # 4
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
18
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Dilatacin Lineal: El incremento que experimenta Dilatacin Liquida: La dilatacin de los lquidos es
la unidad de longitud al aumentar 1 C su similar a la dilatacin cbica de los slidos, por
temperatura, se denomina " Coeficiente de tanto, depende del incremento de temperatura y de
Dilatacin Lineal. la naturaleza del lquido.
L = Lo ( 1 + t ) V = Vo ( 1 + K t )
V = Volumen inicial
L = Longitud final Vo = Volumen final
Lo = Longitud inicial K = Coeficiente de dilatacin cbica del liquido
= Coeficiente de Dilatacin Lineal t = Incremento de temperatura = (tf - to)
t = incremento de temperatura = (tf - to)
Dilatacin trmica en cuerpos con estado
Dilatacin Superficial: El incremento que gaseoso
experimenta la unidad de superficie al aumentar 1
C su temperatura se denomina " Coeficiente de Dilatacin Gaseosa: Experimentalmente se
dilatacin superficial. comprueba que la dilatacin trmica de los gases
no depende de su naturaleza, es decir, todos los
S = So ( 1 + t ) gases experimentan el mismo incremento de
volumen con un mismo incremento de temperatura
S = Superficie final
So = Superficie inicial El coeficiente de dilatacin de los gases, Ce es el
= Coeficiente de Dilatacin Superficial mismo para todos ellos y su valor es:
(aproximadamente igual a 2 )
= 1 / 273
t = Incremento de temperatura = (tf - to)
El valor del volumen final de un gas que ha
Dilatacin Cbica o volumtrica: El incremento
experimentado un incremento de temperatura t
que experimenta la unidad de volumen al aumentar
se calcula a partir de la siguiente expresin:
1C su temperatura se denomina " Coeficiente de
Dilatacin Cbica
V = Vo ( 1 + t )
V = Vo ( 1 + y t )
V = Volumen final
Vo = Volumen inicial
V = Volumen final
= Coeficiente de Dilatacin de los Gases
Vo = Volumen inicial
y = Coeficiente de Dilatacin Cbica
CUESTIONARIO WORK PAPER N 4
t = Incremento de temperatura = (tf - to)
Dilatacin trmica en cuerpos con estado 4. Una cinta mtrica de acero est calibrada a 20
liquido o
C.
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
19
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
a) Su lectura es mayor o menor si se la calibra a de igual dimetro. Para poder ajustarla, calienta la
40 oC? llanta hasta conseguir que su radio exceda al de la
b) Si la apreciacin es de 1 mm y se mide una rueda en 2mm.Si la temperatura ambiente es de 20
o
longitud de 2mm afecta el error de C y el coeficiente de dilatacin lineal de la llanta
apreciacin? es de 12.2x 10-6 oC-1 , calcular la temperatura a la
que debe calentarse la llanta.
5. Un frasco de vidrio de 200 cm3 se llena
completamente de Hg a 20 oC Cunto Hg se 7. La densidad del Hg a 20 oC es de 13.6 g/cm3 y
derrama al subir la temperatura del sistema hasta su coeficiente de dilatacin volumtrica es de 182
100oC? Los coeficientes de dilatacin volumtrica x10-6 oC-1. Calcular la densidad del Hg a 100 oC
del vidrio y del Hg son respectivamente 1.2x 10-5
18x 10-5 oC-1 Si la vasija fuera de Zn Cunto se 8 Un reloj de pndulo de cobre funciona
derramara? (Coeficientes de dilatacin exactamente cuando se lo mantiene a 20 oC
volumtrica del Zn 87x10-6 oC ) Cunto atrasa por da si se lo mantiene a 40 oC?
6. Un herrero debe colocar una llanta circular de
hierro de 1m de dimetro a una rueda de madera
WORK PAPER # 5
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
20
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
5. Sistema termodinmico
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
21
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
22
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
DIFs # 1
La Presin de un gas sobre las paredes del (n/V) R T ; como n/V es la concentracin molar del
recipiente que lo contiene, el Volumen que ocupa, gas P = c R T . Cabe esperar que la representacin
la Temperatura a la que se encuentra y la cantidad de P frente a T sea una recta que pase por el origen
de sustancia que contiene (nmero de moles) estn de coordenadas y tenga de pendiente R .T
relacionadas. A partir de las leyes de Boyle- 1. Conocer la relacin que liga las diferentes
Mariotte, Charles- Gay Lussac y Avogadro se puede variables que afectan al comportamiento de los
determinar la ecuacin que relaciona estas gases
variables conocida como Ecuacin de Estado de los 2. Determinar experimentalmente el valor de R de
Gases Ideales: PV=nRT. El valor de R (constante la ecuacin de estado de los gases ideales.
de los gases ideales) puede determinarse 3. Modificar las variables de estado de los gases y
experimentalmente y tiene un valor de 0,082 observar los cambios.
(atm.L/K.mol ).No se puede modificar una de estas 4. Verificar la validez de la ecuacin de estado de
variables sin que cambien las otras. los gases ideal
E l valor de R Puede determinarse
experimentalmente. Si se tiene en cuenta que: P =
CONCLUSIONES
(Debern sintetizar la opinin del grupo):
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
23
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
DIFs # 2
CONCLUSIONES
(Debern sintetizar la opinin del grupo):
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
24
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
DIFs # 3
El punto triple de una sustancia, aparece al someter sistema de agua libre de aire y se le dejara alcanzar
a ciertas condiciones de presin, volumen y su equilibrio, se encontrara que el punto de
temperatura; por cada sustancia existe un punto y congelacin en el que el slido y l liquido existe
en este existe un equilibrio de las fases, fsicamente simultneamente en presencia de vapor, seria de
se observa como la existencia de liquido, gas y 0.0099C y la presin de vapor seria 4.58 mmHg.
slido en el recipiente. Esta temperatura se conoce como punto triple
Sabemos que el punto triple normal de congelacin
del agua es de 0C, a 1 atm de presin extrema y Determinar las condiciones en las que s e observa
cuando el agua esta saturada con el aire, la presin el punto triple como una de las aplicaciones que se
de vapor real de agua a esta temperatura es de 4.6 pueden dar en la practica.
mmHg aproximadamente. Si se coloca bajo un
CONCLUSIONES
(Debern sintetizar la opinin del grupo):
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
25
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
DIFs #4
CONCLUSIONES
(Debern sintetizar la opinin del grupo):
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
26
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
DIFs # 5
La termodinmica trata fundamentalmente de las trabajan transfiriendo calor de una fuente de calor a
transformaciones del calor en trabajo mecnico y otra y concluy que las ms eficientes son las que
de las transformaciones opuestas del trabajo funcionan de manera reversible. Para ello dise
mecnico en calor. una mquina trmica totalmente reversible que
En 1824 el ingeniero francs Sadi Carnot estudi la funciona entre dos fuentes de calor de
eficiencia de las diferentes mquinas trmicas que temperaturas fijas. Esta mquina se conoce como
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
27
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Como, de acuerdo con lord Kelvin es imposible a) Describir una mquina de Carnot
transformar en trabajo el calor que se toma de una b) Indicar cuales son los ciclos para su
nica fuente a temperatura uniforme mediante una funcionamiento
transformacin que no produzca ningn otro cambio
en los sistemas que intervienen en ella, para c)Analizar que ocurre con el cambio de entropa
realizarla necesitamos por lo menos dos fuentes a
dos temperaturas distintas,t1 y t2. Si contamos con
dichas fuentes, podemos transformar el calor en
CONCLUSIONES
(Debern sintetizar la opinin del grupo):
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
28
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Prctica de Laboratorio: N 1
Ttulo: EXPANSION TERMICA.
Lugar de Ejecucin: Laboratorio de Fsica
1. Objetivos.
2. Aspectos fundamentales.
El calor que se suministra a un cuerpo se divide en dos partes: una que se conserva y calienta al cuerpo, esta
es perceptible, y la otra provoca que la energa cintica de sus tomos aumente de tal modo que las distancias
entre molculas crece, expendindose as el cuerpo cuyo resultado es el aumento de sus molculas.
De la frmula:
L L0 t
Donde:
L L L0
t t t 0
I. Mtodo: Experimental
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
29
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
1 varilla de cobre
1 varilla de aluminio
2 tableros de soporte
3 mecheros
1 aguja
1 escala graduada
Multitester con sensor de temperatura
DATOS Y CALCULOS.
1. Completar la siguiente tabla con los valores de la temperatura registrada por el tester y el ngulo formado
de la aguja.
2. Observacin: para realizar la conversin de la pendiente de grados a radianes, se multiplica el resultado por
180 0
No T (C ) Angulo T (C )
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
30
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Se ha constatado que con el suministro de calor a un cuerpo la distancia entre los tomos aumenta debido
al aumento de la energa cintica (nivel microscpico) lo que implica un aumento de longitud del mismo
cuerpo (nivel microscpico).
5. Bibliografa
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
31
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Prctica de Laboratorio: N 2
Ttulo: Determinacin de las caloras de una sustancia
Lugar de Ejecucin: Laboratorio de Fsica
1. Objetivos.
2. Aspectos fundamentales.
Un calormetro es un instrumento que se usa para medir los cambios en la energa de calor.
Un envase con dos cmaras puede ser un tipo de calormetro. Algo debe quemarse en la cmara interna para
que se produzca calor. La cmara externa, generalmente, contiene agua.
El agua absorbe el calor que se produce por combustin en la cmara interna. Un termmetro en el agua
muestra el aumento que ocurre en la temperatura, debido a la transferencia de energa.
La energa que libera da un objetivo por la materia que esta alrededor del objeto. Ese principio explica como
funciona el calormetro. La energa calrica se libera en la cmara interna es igual a la energa calrica que
gana que gana la cmara externa, es decir el calor que se gana es igual que se pierde. Pero en la realidad
estos dos valores no son exactamente iguales debido a que un calormetro pierde algo de calor en el aire que
tiene a su alrededor. Por lo tanto se espera un error leve en las medidas. Para reducir la perdida de calor, la
pared externa del calormetro debe estar aislada.
Donde:
Ca: Capacidad calorfica del agua
M: masa del agua
Tf: temperatura de equilibrio
Ti: Temperatura inicial
La cantidad de calor que entrega el pedazo de cobre esta dada por:
(2) Qcu C cu m cu (T2 T1
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
32
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
I. Mtodo: Experimental
1. Cubrir la lata pequea con lana de vidrio y colocarla dentro de la lata grande
2. Perforar dos agujeros en la tapa : uno para el termmetro y otro para la varilla de madera
3. Agregar 100ml de agua (alrededor de 100 g) wn la lata pequea y dejarla reposar hasta que alcance la
temperatura ambiente.
4. Calentar el cobre en agua hirviendo, durante 5 min. Se asume que la temperatura del cobre a ese tiempo
es igual a la temperatura de ebullicin del agua.
5. Apuntar el valor de la temperatura que tiene el agua dentro de calormetro, antes de colocar el cobre
caliente.
6. Cubrir el calormetro con su tapa.
7. Agitar levemente el agua con la varilla de madera y anotar la temperatura, cada 30 seg hasta que se
estabilice.
DATOS Y CALCULOS.
5. Bibliografa
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
33
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Prctica de Laboratorio: N 3
Ttulo: CALORIMETRA.
Lugar de Ejecucin: Laboratorio de Fsica
1. Objetivos.
2. Aspectos fundamentales.
Se har una breve descripcin del sistema adiabtico, unidades calorficas y propiedades extensivas e
intensivas.
Por analoga con la ley, el calor resultante ser la suma de las energas de la fuente caliente y fra.
Q1 = W1C1(T1-T+) 1
Q2 = W2C2(T2-T+) 2
Qm = (W1+W2)Cm(Tm-T+) 3
Se cumple que : Qm = Q1+Q2 donde 4
Q1 Calor de fuente fra, Q2 calor de fuente caliente, Qm calor resultante al mezclar las 2 fuentes, W1 y W2
pesos de cada fuente, T1 y T2 temperaturas de la fuente fra y caliente, C1, C2 y Cm son los calores
especficos respectivos, Tm temperatura de mezcla resultante y T + es una temperatura de referencia, por
Ej.: La ambiente 0C
Tm = W1C1T1 + W2C2T2
(W1 + W2)Cm
Esta ecuacin nos permite conocer calores especficos, para nuestra experiencia utilizaremos agua,
quedando la ec. 5 finalmente as.
Tm = W1/T1 + W2/T2
W1 + W2
I. Mtodo: Experimental
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
34
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Experiencia A
Pesar: termo vaci, agregarle aproximadamente 150 gr. de agua y volverla a pesar conocer W1 del
agua fra, tomar la temperatura T1 en el termo cuando se estabilice.
Agregar a unos 70 gr. de agua caliente rpidamente midiendo previamente su temperatura Tm de la
mezcla.
Pasar el termo con el agua caliente y fra para obtener el peso exacto del agua fra W2.
Anotar todas las mediciones.
Experiencia B
Vaciar el termo y agregarle unos 150cc de agua caliente, pesarlo para conocer el peso de agua W2,
medir su temperatura cuando se estabilice.
Agregar unos 100cc de agua fra midiendo su temperatura previamente T1. Mezclar con el mismo
termmetro e inmediatamente determinar la temperatura de la mezcla Tm. Pesar todo el termo para
conocer el peso de agua fra W1. Anotar todas las mediciones.
Clculos.- se sugiere el siguiente cuadro de valores:
Aplicar la ec. 6 para calcular Tmt terica y compararla con la temperatura de mezcla Tmo observada en la
experiencia.
El error relativo porcentual se calcula en valor absoluto
Se acepta un error hasta el 1% si se utiliza un termmetro con grados fraccionarios, en nuestro caso no
debera pasar del 2%. La principal causa es una falta de estabilidad en las mediciones de temperatura y
errores operacionales. El termo debe ser de buena calidad. Mejor si es de 1 litro.
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
35
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Prctica de Laboratorio: N 4
Ttulo: DETERMINACIN DEL EQUIVALENTE ELCTRICO Y CALOR
Lugar de Ejecucin: Laboratorio de Fsica
1. Objetivos.
Determinar la equivalencia entre dos formas de energa: elctrica y calrico para cuantificar un
equivalente mecnico del calor.
Calcular la energa calrica de una sustancia
Determinar cuales son las unidades que se conoce para medir energa
2. Aspectos fundamentales.
Como el calor es una forma de energa cualquier unidad de energa puede ser usada como unidad de calor.
James Joule fue el primero en cuantificar el equivalente de energa mecnica en energa calrica, es decir el
nmero de Joules equivalentes a una calora.
En este caso la cantidad relativa entre la unidad calorfica y la unidad elctrica se la puede encontrar realizando
un experimento en el cual una cierta cantidad de energa elctrica que se suministra se pueda convertir en una
cantidad medible de calor. Esto se consigue haciendo circular una intensidad de corriente I a travs de la
resistencia R del recipiente durante un cierto tiempo T se genera en esta resistencia potencia elctrica en forma
de calor. Por definicin la potencia elctrica suministrada Ps (Watts) es:
( 2 ) Pd = I2 R = V2 I: intensidad de corriente
R V: voltaje (diferencia de potencial)
R: resistencia elctrica (ohm)
En este caso toda la potencia suministrada de disipa en la resistencia
PS = Pd
E = V2
V 2t
T R => E t (4)
R
Como la resistencia elctrica se encuentra sumergida dentro del recipiente al circular corriente elctrico a travs
de ella, esta disipa potencia en forma de calor. Realizando un balance de energa, se tiene:
QC = CC (Tf - Ti ) y Qa = m a Ca ( Tf Ti ) reemplazando en ( 5 )
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
36
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
Donde:
Cc : capacidad calorfica del recipiente y accesorios
Ma: masa del agua
Ca: Calor especfico del agua
Tf: Temperatura final
Ti: temperatura inicial
Determinacin de Cc:
Se calienta en el recipiente una masa m 1 de agua hasta una temperatura T1 (mayor a la temperatura ambiente),
luego se agrega una masa m2 que se encuentra a menor temperatura que m 1. Se espera hasta que la mezcla
alcance el equilibrio trmico y se mide esta temperatura.
Efectuando el correspondiente balance de energa se tiene:
(7) Qg1 = -Qg2 Qg1: Calor ganado por m1
Qg2: Calor ganado por m2
Qg1 = (Cc+maCa)(T2-T1)
Qg2 = m2Ca(T2-T1)
m2 C a (T2 T1 )
Reemplazando en (7) y despejando Cc : Cc m1C a
T2 T1
3. Diseo del experimento
I. Mtodo: Experimental
1. Medir la masa del recipiente vaco mas sus accesorios ( agitador, resistencia y termmetro)
2. Agregar agua hasta la mitad del recipiente
3. Medir la masa del recipiente con agua
4. Esperar un momento y proceder a medir las temperaturas T1 del recipiente y el agua
5. Calentar agua hasta la ebullicin , medir su temperatura T2 y agregarla ala recipiente
6. Agitar la mezcla hasta lograr el equilibrio trmico
7. Medir nuevamente la masa del recipiente con agua. Efectuar la resta y determinar la masa del agua
caliente m2
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
37
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGA
1. Verter agua en el recipiente de modo que la resistencia quede totalmente sumergida en el lquido
2. Medir la masa del recipiente lleno y con esta informacin cuantificar la masa de agua ma
3. Medir la temperatura cada 30 seg. por espacio de 3 min.
4. Conectar la resistencia a la fuente y esperar las indicaciones del encargado de laboratorio respecto al
voltaje a ser utilizado en el experimento
5. Una vez que se encienda la fuente de voltaje y se suministre la energa elctrica, medir la temperatura
cada 30 seg. hasta que se incremente mas o menos 30 0C
6. Cortar el suministro de energa elctrica y continuar midiendo la temperatura cada 30 seg.
7. Apuntar los valores de temperatura , luego el rango que permanezca mas tiempo estable indicar la
temperatura de equilibrio
8. Apuntar en la hoja de datos los valores de resistencia, el voltaje y tiempo de suministro de energa
Como el calor es una forma de energa cualquier unidad de energa puede ser usada como unidad de calor.
La cantidad relativa entre la unidad calorfica y la unidad elctrica se la puede encontrar al realizar un
experimento en el cual una cierta cantidad de energa elctrica que se suministra se pueda convertir en una
cantidad medible de calor.
5. Bibliografa
U N I V E R S I D A D D E A Q U I N O B O L I V I A
38