COLEGIO ALZATE

SISTEMA C. C. H.

INCORPORADO A LA U. N. A. M.

CLAVE 7898

JUEGO DE PRACTICAS

DEL LABORATORIO DE FÍSICA III

GRUPOS: 5510 Y 5520

COLEGIO ALZATE

SISTEMA C. C. H.

INCORPORADO A

LA U. N. A. M.

CLAVE 7898

JUEGO DE PRÁCTICAS

DEL LABORATORIO DE FÍSICA I

GRUPOS: 3510 Y 3520

PLAN DE ESTUDIOS 2003

FÍSICA I

Practica No. 1 Unidades y mediciones

Objetivo.- Aprender a medir longitudes pequeñas, masa, temperatura, tiempo y volumen de diferentes objetos y soluciones mediante el uso de diferentes instrumentos de medición para una mayor precisión.

Introducción.- La precisión de un aparato o instrumento de medición es igual a la mitad de la unidad más pequeña que pueda medir. También recibe el nombre de incertidumbre o error del instrumento o aparto de medida. Por ejemplo, cuando deseamos conocer el largo de una mesa, lo ancho de una ventana o la altura del piso al techo de una habitación, generalmente utilizamos un metro o una regla cuyas divisiones mínimas están hechas en milímetros (0.001 m) por lo que su precisión es de + 0.5 mm o bien + 0.0005 m. Sin embargo, en muchas ocasiones se requiere de una mayor precisión cuando se necesitar conocer las dimensiones pequeñas de algunos cuerpos, como el espesor de la pared de un cilindro, el diámetro de un alambre, el diámetro externo e interno de un tubo, o la profundidad de una perforación pequeña, y en donde el uso de un regla graduada no satisface nuestras necesidades.

Podemos emplear entonces el calibrador o vernier cuya unidad más pequeña que puede medir es de una décima de mm (0.1 mm), por lo que su precisión es de + 0.05 mm, el calibrador palmer, también llamado tornillo micrométrico, cuya unidad más pequeña que puede medir es de una centésima de mm (0.01 mm), por lo que su precisión es de + 0.005 mm. Por lo tanto la realización de esta actividad experimental te permitirá aprender a manipular los diferentes instrumentos de medición de masa, volumen, temperatura, tiempo y longitud para así realizar una mayor precisión.

Realizar la síntesis de los siguientes temas a investigar: Medir, error y tipos de medición, información de los diferentes instrumentos de medición para masa, volumen, temperatura, tiempo, longitud (con esquemas de c/u) y sus respectivas unidades de medición, esquemas y uso del vernier y el palmer.

Material:Mechero bunsen Pipeta volumétricaTermómetros Probeta graduadaBalanza granataria Soporte universalPalmer Anillo de hierroVernier Tela de asbestoCronometro Cinta métricaVasos de precipitados de 100 ml Regla graduadaVasos de precipitados de 250 ml Pipeta graduadaAlambre, hoja de papel y placa de vidrio Moldura de aluminio o rielTuercas, balines, monedas y tubos de ensaye de diferentes tamaños.

Reactivos:150 ml de agua150 ml de aceite comestible

Procedimiento:- Agrega 150 ml de aceite y agua por separado en los vasos de precipitados de 250 ml y

mide su temperatura de c/u, posteriormente calienta ambos y registra el tiempo en el cual llegan a la temperatura de 50oC.

- Coloca a 40cm de altura un extremo del riel de aluminio y el otro extremo a nivel del piso y desliza los balines de diferente tamaño registrando el tiempo que tardan en llegar al piso cada uno de estos.

- Mide con la regla graduada un lado de la placa de vidrio, de la mesa, un cuaderno y el diámetro del plástico de un banco y posteriormente mídelos nuevamente con la cinta métrica. Registra tus mediciones en un cuadro comparativo.

- Pesa el balín, la moneda y la tuerca más grandes en la balanza granataria (por separado), posteriormente pesa a todos los balines, las monedas y las tuercas (también por separado) y por ultimo pesa a todos los objetos juntos.

- Agrega agua en un vaso de precipitados de 250ml hasta la marca de 200ml y mídelos posteriormente con una probeta graduada de 50ml, pasándolos a otro vaso de precipitados de 250 ml. Registra tus observaciones.

- Con una pipeta graduada de 10ml llena la probeta de 50ml, nuevamente vuélvela a llenar la probeta pero ahora con una pipeta volumétrica de 10ml. Anota tus observaciones.

- Agrega a tres vasos de precipitados de 100ml, 50ml de agua con una probeta graduada, una pipeta graduada y una pipeta volumétrica por separado. Anota tus observaciones.

- Con el vernier mide los diámetros internos, externos, grosor y profundidades de tres tubos de ensayo y tuercas de diferente tamaño, el diámetro de un balín y una moneda y el grosor de una moneda y la placa de vidrio. Realiza las mediciones por lo menos tres veces, si varían tus mediciones mídelas cinco veces y obtén un promedio de c/u. Registra tus mediciones en un cuadro.

- Con el palmer o tornillo micrométrico obtén el grosor de la hoja de papel, de la placa de vidrio y de una moneda.

- Realiza por lo menos dos veces cada medición y si varían tus resultados, nuevamente realiza las mediciones cinco veces y obtén un promedio. Registra tus datos en un cuadro.

- Realiza esquemas a color y registra tus observaciones.

Cuestionario

1.- ¿Con qué instrumento realizaría cada una de las siguientes mediciones con la mayor precisión posible?

- Profundidad de un orificio - Altura de una puerta - Diámetro de un balín- Espesor de una placa de vidrio - Diámetro de un balón de fútbol soccer

2.- ¿Por qué es recomendable repetir varias veces una misma medición?

3.- ¿Qué importancia tienen los errores de medición en la vida diaria?

Bibliografía- Alvarenga, Máximo. 1981. Física general con experimentos sencillos. Ed. Harla.

México.- Hewitt. 1999. Física Conceptual. Ed. Pearson. México.- Pérez Montiel, Héctor. 2003. Física General. 3ª. Ed. Publicaciones Cultural. México,

D. F.

FÍSICA I

Practica No. 2 Equilibrio de fuerzas concurrentes

Objetivo.- Encontrar la resultante y la equilibrante de un sistema de fuerzas concurrentes, mediante el uso de dinamómetros y por el método del paralelogramo.

Introducción.- Para definir las magnitudes escalares solo se requiere la cantidad expresada en números y el nombre de la unidad medida. Las magnitudes vectoriales son las que para definirse, además de la cantidad expresada en números y el nombre de la unidad, necesitan que se señale la dirección y el sentido. Ejemplos: desplazamiento, velocidad, aceleración y fuerza. Cualquier magnitud vectorial puede ser representada en forma gráfica por medio de una flecha llamada vector. Gráficamente, un vector es un segmento de recta dirigido que tiene las siguientes características: 1. punto de aplicación, 2. magnitud, 3. dirección y 4 sentido.

Para representar un vector gráficamente se necesita una escala, la cual es convencional por que se establece de acuerdo con la magnitud del vector y el tamaño que se le quiera dar. Una recomendación práctica es utilizar escalas sencillas, como 1:1, 1:10, 1:100 y 1:1000, cuando sea posible.

Un sistema de vectores es concurrente cuando la dirección o línea de acción de los vectores se cruza en algún grupo, dicho punto constituye el punto de aplicación de los vectores. La resultante de un sistema de vectores es aquel vector que produce el mismo efecto de los demás vectores integrantes del sistema. El vector capaz de equilibrar un sistema de vectores recibe el nombre de equilibrante, tiene la misma magnitud y dirección que la resultante, pero con sentido contrario. Para sumar magnitudes vectoriales se emplean métodos gráficos, como el del paralelogramo o el del polígono y métodos analíticos, por que los vectores no pueden sumarse aritméticamente por tener dirección y sentido.

Realizar la síntesis de los siguientes temas a investigar: Dinamómetro, método del polígono, método del paralelogramo, definición y representación de un vector, unidad de fuerza utilizada en los vectores y Ley de Hooke.

Material:Dinamómetros Regla graduadaPrensas de tornillo TransportadorArgolla metálica Trozos de cordónLápiz Hojas de papel

Procedimiento:- Sujeta tres cordones a la argolla metálica como se ve en la figura.

F1 F2

F3

90o

- Engancha a aproximadamente 10cm de largo en cada uno de los extremos de cada cordón un dinamómetro y nuevamente al final de dinamómetro amarra otro pedazo de cordón para sujetarlo con las prensas en las orillas de la meza, tensa lo más que se pueda cada cordón tratando de llegar al equilibrio, sin mover la argolla metálica y el ángulo de 90o que se debe de considerar.

- Registra la lectura de cada dinamómetro cuando el sistema quede en equilibrio.- Coloca debajo de la argolla una hoja de papel y traza sobre ella las líneas

correspondientes a las posiciones de los cordones. Anota en cada trazo el valor de la lectura de los dinamómetros, así como el ángulo forman entre si, medido con tu transportador.

- Con los trazos hechos en la hoja y mediante una escala conveniente, representa el diagrama vectorial. Considera la fuerza F3 la cual se lee en el dinamómetro C, como la equilibrante de las otras dos fuerzas F1 y F2.

- Compara el valor de F3 leído en el dinamómetro con el obtenido gráficamente al sumar F1 y F2 por el método del paralelogramo. ¿Cómo son ambos valores?

- Realiza tus esquemas y sus respectivos cálculos.

Cuestionario

1.- ¿Cómo se determina la resultante de dos fuerzas concurrentes en forma gráfica?

2.- ¿Qué características tiene la equilibrante de un sistema de fuerzas?

3.- ¿Por qué decimos que cualquiera de las fuerzas concurrentes puede considerarse como la equilibrante de las otras fuerzas que forman el sistema?

Bibliografía- Alvarenga, Máximo. 1981. Física general con experimentos sencillos. Ed. Harla.

México.- Hewitt. 1999. Física Conceptual. Ed. Pearson. México.- Pérez Montiel, Héctor. 2003. Física General. 3ª. Ed. Publicaciones Cultural. México,

D. F.

FÍSICA I

Practica No. 3 Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

Objetivo.- Identificar mediante el desplazamiento un móvil las características del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.

Introducción.- En nuestra vida cotidiana observamos distintos cuerpos en movimiento, la mayoría de ellos no se mueven a velocidad constante, pues esta varia, ya sea aumentando o disminuyendo su valor como lo hace un autobús pasajero, un auto de carreras, etc. La aceleración es una magnitud vectorial que requiere que se especifique su dirección y sentido, esta puede ser positiva o negativa dependiendo del desplazamiento del móvil.

Se tiene un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado si la velocidad experimenta cambios iguales en cada unidad de tiempo; en este movimiento el valor de aceleración permanece constante al transcurrir el tiempo. Ejemplos de MRUA se presentan cuando cualquier cuerpo cae en forma libre o rueda en una pendiente. Galileo Galilei fue el primero en hacer estudios acerca del MRUA, experimentando con un plano inclinado y una bola. Al usar un plano inclinado lograba una aceleración de la bola más lenta que si se dejara caer libremente.

Realizar la síntesis de los siguientes temas a investigar: Define al movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), las unidades para calcular el MRUA, las aplicaciones del MRUA, define la aceleración y sus unidades de medida.

Material:Ticómetro Un móvil o carroRegla graduada Soporte universalPinzas de sujeción Rampa de madera (15cm x 80 cm)Cinta adhesiva Disco de papel carbón (calca) 8 cm diámetroHojas de papel milimétrico Dos tiras de papel blanco (de 3 o 4 cm de ancho por 1 metro de largo)

Procedimiento:- Coloca en un extremo de la rampa al ticómetro sujetándolo con la cinta adhesiva y

colócala de ese mismo extremo apoyándote con las pinzas de sujeción en el soporte universal a una altura de 65 cm de la superficie de la mesa de trabajo.

- El otro extremo de la rampa que quede a una altura de unos 40 cm de la superficie de la mesa de trabajo.

- Pega la tira de papel blanco en la parte de atrás del móvil y hazla pasar por las grapas del ticómetro, posteriormente coloca al carro o móvil los más cerca posible del ticómetro (extremo superior de la rampa).

- Coloca encima de la tira de papel blanco el disco de papel carbón, de manera que el vibrador realice las marcas sobre este y deje libremente desplazarse al carro.

- Ponga a funcionar el ticómetro e inmediatamente después suelte el carro para que se desplace por la rampa. Observa el movimiento del carro y cuida que en la tira de papel se marquen los impactos del vibrador por medio del disco de papel carbón del ticómetro.

- Cuando el carro llegue al extremo inferior de la rampa desconecte el ticómetro. Retire la cinta de papel e inicia el análisis de las distancias entre los puntos marcados. Las

distancias siempre se miden a partir de la posición que se considere como inicial y no de maraca a marca.

- Suponga una frecuencia de 90 vibraciones /segundo del ticómetro, mide la distancia entre el punto considerado como cero o inicial y la marca o punto 9, entre el cero y el punto 18, entre el cero y el punto 27 y así sucesivamente completando el siguiente cuadro.

VELOCIDADES MEDIAS EXPERIMENTALES

Tiempo t (s)

Distancia d (cm)

Tiempo al cuadrado t2 (s2)

Velocidad media d/ t (cm/s)

0.10.20.30.40.50.6

- Con los datos de la tabla construye una gráfica en las hojas de papel milimétrico de distancia contra tiempo. Une los puntos obtenidos e interpreta el significado físico de la curvatura obtenida.

- Grafica los datos de la distancia contra los del tiempo en las hojas de papel milimétrico e interpreta el significado físico de la recta obtenida al unir los puntos.

- Grafica en las hojas de papel milimétrico los datos de la velocidad media contra el tiempo e interpreta el significado físico de la recta obtenida al unir los puntos.

- Realiza tus esquemas.

Cuestionario

1.- ¿Cómo determinaste el tiempo transcurrido en el experimento?

2.- ¿Cuál es el significado físico de la curvatura obtenida al graficar los datos de la distancia contra el tiempo?

3.- Menciona cinco ejemplos donde se vea el MRUA.

Bibliografía- Alvarenga, Máximo. 1981. Física general con experimentos sencillos. Ed. Harla.

México.- Hewitt. 1999. Física Conceptual. Ed. Pearson. México.- Pérez Montiel, Héctor. 2003. Física General. 3ª. Ed. Publicaciones Cultural. México,

D. F.

FÍSICA I

Practica No. 4 Segunda Ley de Newton

Objetivo.- Comprobar experimentalmente los efectos de la fuerza y la masa sobre la aceleración de los cuerpos utilizando distintos carros.

Introducción.- Un cambio en la velocidad de un cuerpo efectuado en la unidad de tiempo recibe el nombre de aceleración. Así, el efecto de una fuerza desequilibrada sobre un cuerpo produce una aceleración. Cuanto la mayor sea la magnitud de la fuerza aplicada mayor será la aceleración; por tanto podemos decir que la aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada. La relación F/a es un valor constante para cada cuerpo en particular y recibe el nombre de masa inercial, ya que es una medida cuantitativa de la inercia.

Cuando una fuerza constante se aplica a un cuerpo se observa que la aceleración experimentada por dicho cuerpo es inversamente proporcional a su masa, pues la 2ª. Ley de Newton señala claramente que una fuerza constante acelera más a un objeto ligero que a un pesado. Debemos recordar que el peso de un cuerpo representa una fuerza y, por tanto, es una magnitud vectorial, cuya dirección es vertical y su sentido está dirigido siempre hacia el centro de la Tierra.

Realizar la síntesis de los siguientes temas a investigar: 2. Ley de Newton, aceleración, ecuación con la que se expresa la 2ª. Ley de Newton y ejemplos donde se observa la a. Ley de Newton.

Material:Carro con espacio para pesas Balanza granatariaPesas de diferente tamaño Polea con soportePlatillo hecho de cartón Cinta métricaCronómetro Arena fina o granulada

Procedimiento:- Determina en Kg. la masa del carro, utilizando la balanza.- Coloca la polea en uno de los extremos de la mesa, en uno de los extremos del hilo

amarra el carro que debe estar sobre la mesa y en el otro coloca al platillo de cartón que debe de estar colgando de la mesa. Pasa el hilo por la polea. El hilo debe ser del tamaño y resistencia apropiados para poder colocarle distintas pesas de valor conocido.

- Cuando el platillo esta vacío el carro esta en reposo, agrega un poco de arena al platillo hasta que al empujar levemente al carro, éste se desplace sobre la mesa a velocidad constante. El peso de la arena será el contra peso de las fuerzas de rozamiento.

- Una persona detendrá con una mano el carro y otra colocará en el platillo una pesa de 20 g, igual a 0.02 Kg. Que equivale aproximadamente a 0.2 N que representa la fuerza neta o resultante que recibe el carro.

- Mide la distancia en metros que recorre el carro desde su posición inicial a su posición final (antes de chocar con la pinza que sujeta la polea).

- Suelta el carro y mide el tiempo que tarda en recorrer dicha distancia. Anota los valores de la fuerza neta aplicada en Newtons, la distancia recorrida en metros y el tiempo en segundos empleado en recorrerla.

- Determina en m/s el valor del cambio en la velocidad del carro. Recuerda que

v = Vf – V0 y como la velocidad inicial es cero se utiliza la siguiente expresión Vf = 2d/t = v.

- Determina en m/s2 la aceleración que experimenta el carro. Recuerda que a = v/t. Realiza tus experimentos 3 veces mínimo para obtener resultados confiables.

- Repite los pasos 4, 5 y 6, pero ahora agrega una pesa más de 20 g de tal manera que la fuerza neta sea de 40 g = 0.04 Kg. o .04 N. Posteriormente repite estos paso pero ahora agregando otra pesa de 20 g más de tal manera que la fuerza neta sea de 60 g = 0.06 Kg. o .06 N. Calcula para ambos v en m/s y su aceleración en m/s2.

- Compara como varió la aceleración del carro al duplicar la fuerza neta y como varió la aceleración al triplicar la fuerza neta.

- Coloca en el platillo las pesas que sean necesarias para que el carro se mueva al colocarle distintas masas.

- Coloca sobre el carro una masa de 20g que sumada a la masa del carro dará la masa total, Ya conoces la distancia que recorrerá el carro, ahora solo determina el tiempo en segundos que tarda el carro en recorrer esa distancia y registra su valor. Calcula v y la aceleración (a = v/t).

- Repite el paso anterior aumentando o colocándole otra pesa de 20 g al carro, después agrega otra pesa de 20 g y registra para cada caso los resultados obtenidos determinando v y la aceleración (a = v/t).

- Compara como varía la aceleración del carro al duplicar su masa y luego triplicarla, permaneciendo constante la fuerza neta aplicad al carro.

Cuestionario

1.- ¿Existe una relación de proporcionalidad directa entre la fuerza neta aplicada al carro y la aceleración que adquiere cuando su masa permanece constante. Justifica tu respuesta.

2.- Afecta considerablemente en los resultados redondear la equivalencia de 1 Kg. = 9.8 N a 1 Kg. = 10 N? ¿Por qué?

3.- Existe una relación de proporcionalidad inversa entre la aceleración que experimenta el carro y su masa cuando la fuerza neta aplicada permanece constante? Justifica su respuesta.

Bibliografía- Alvarenga, Máximo. 1981. Física general con experimentos sencillos. Ed. Harla.

México.- Hewitt. 1999. Física Conceptual. Ed. Pearson. México.- Pérez Montiel, Héctor. 2003. Física General. 3ª. Ed. Publicaciones Cultural. México,

D. F.

FÍSICA I

Practica No. 5 Tipos de energía.

Objetivo. Transformar la energía empleando un dispositivo para observar los diferentes tipos de esta y su aplicación.

Introducción. La energía siempre ha estado estrechamente ligada con actividades cotidianas del ser humano, toda vez que el hombre primitivo realizaba sus tareas utilizando primero la energía de su cuerpo. Posteriormente aprendió a domesticar animales y utilizar su energía para hacer más fáciles sus actividades. Más tarde, descubrió otras fuentes de energía y aprendió a usar el viento para la propulsión de sus barcos de vela: así como aprovechar la energía de las corrientes del agua al construir en los ríos molinos de granos.

Encontrar una definición precisa para la energía no es algo sencillo, sin embargo podemos decir: La energía es una propiedad que caracteriza la interacción de los componentes de un sistema físico que tiene la capacidad de reaqlizar un trabajo. Es importante señalar que la energía se manifiesta de diferentes formas, sin embargo, no se crea de la nada , ya que cuando hablamos de producir energía , en realidad nos referimos a su transformación de una energía en otra, ya que la energía no se crea ni se destruye sólo se transforma. La unidad de energía en el Sistema Internacional es el Joule (J).

Realizar la síntesis de los siguientes temas a investigar: Ocho tipos de energía, energía potencial gravitacional y elástica, energía cinética, energía cinética traslacional y rotacional.

Material.De acuerdo al diseño del equipo.

Procedimiento.Elaborado por el equipo de acuerdo a su dispositivo.

Cuestionario.1.- ¿Qué tipos de energía utilizaste y obtuviste en tu dispositivo?2.- Menciona tres ejemplos donde se presente la energía cinética.3.- Menciona dos energías que se derivan a partir de la energía solar.

Referencias bibliográficas.Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial Harla, México.

Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.

FÍSICA I

PRACTICA 6. Construcción de un calorímetro.

Objetivo. Construir un calorímetro con paredes adiabáticas para determinar la capacidad calorífica de algunos materiales.

Introducción.Un calorímetro es un aparato que se construye con materiales aislantes como fibra de vidrio, poliuretanos, plásticos en cuyo exterior existe un líquido (agua) que sirva para transferir el calor de diversas sustancias de interés. Existen tres formas de transferir el calor: por conducción, por convección y por radiación.La conducción aplica específicamente a metales o cuerpos sólidos y es debida a la agitación de las moléculas. La convección se presenta principalmente en los líquidos y gases, y es por corrientes de convección, es decir las corrientes frías bajan y las corrientes calientes suben. La radiación no necesita un medio de transporte y se da por paquetes de energía como la luz o rayos gamma.

Cada sustancia, ya sea líquida, sólida o gas tiene un valor específico de absorber el calor transmitido a otro cuerpo, a este valor se le conoce como calor específico.Las unidades son calorías por gramo por grado centígrado. Para saber el calor que absorbe un cuerpo, es necesario utilizar la fórmula Q = mCp∆T Donde Q = calor absorbido o eliminado (calorías).

m = masa del cuerpo (gramos) ∆T = diferencia de temperaturas (grados Celsius)

Realizar la síntesis de los siguientes temas a investigar: Capacidades caloríficas de metales y líquidos. Balance del calor del calorímetro.

Material.1 tortillero de unicel 1 paquete de algodón de 200g 1 termómetro 1 pinzas de punta1 soporte universal con anillo de hierro 100 ml de agua1 vaso de precipitados de 250 ml 1 mechero bunsen1 malla de asbesto Trozos de cobre, aluminio, plata, oro, hierro, antimonio y un agitador (alambre o madera). 1 frasco pequeño y ancho que quede dentro y a la altura interna del tortillero con su tapa.

Procedimiento.1.-Pega el frasco de vidrio al fondo del tortillero.2.- La tapa del frasco se fija en la tapa del tortillero.3.- A la tapa y el tortillero juntos se les hacen dos perforaciones, una para el termómetro y otra para el agitador.4.- Coloca el termómetro y el agitador a tu calorímetro.5.- Coloca una determinada masa de agua en el calorímetro y mide su temperatura.6.- En un vaso de precipitados coloca 100 ml de agua y un trozo de cualquier metal a una temperatura de 70grados C durante algunos segundos, posteriormente sácalo con las pinzas de punta los más rápido posible e introdúcelo en el agua que contiene el calorímetro.7.- Espera a que el termómetro del calorímetro indique que la temperatura se ha estabilizado.8.- Con los daos que obtuviste y registraste determina el Cp del metal que trabajaste con la fórmula Q = m Cp ∆T y compara el valor con la literatura.

9.- Repite el procedimiento para otros dos metales. Registra tus observaciones.

Cuestionario.1.- Si un metal x tiene un Cp = 0.01cal/g C y otro un Cp = 0.1 cal/g C ¿Cuál será mejor conductor?2.- ¿Cuál es la definición de caloría?3.- ¿Qué diferencia hay entre calor y temperatura?

Referencias bibliográficas.Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial Harla, México.

Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.

FÍSICA I

PRACTICA 7. Demostración de la Ley cero de la termodinámica.

Objetivo. Demostrar la Ley cero de la termodinámica, mediante la obtención teórica y práctica de la temperatura de la mezcla de dos masas de agua a distintas temperaturas.

Introducción.Si dos sistemas con estados distintos se hacen interaccionar, las condiciones de cada sistema tenderán al equilibrio, es decir hacia la formación de un solo estado. Por ejemplo, si un gas tiene mayor temperatura que otro cuando ambos se encuentran aislados por paredes adiabáticas, al ponerse en contacto térmico por medio de una pared diatérmica, llegara el momento en que ambos sistemas tendrán la misma temperatura. A este fenómeno se le conoce también como difusión térmica. Este experimento demuestra que si dos sistemas con temperaturas diferentes se ponen en contacto térmico, tenderán hacia una temperatura intermedia, es decir, el equilibrio.

Demostrada la tendencia hacia el equilibrio térmico es fácil suponer que si estos dos sistemas anteriores los ponemos en contacto con otro más que tiene una temperatura distinta, el estado final de los tres sistemas se inclina nuevamente hacia el equilibrio térmico. A este concepto se le conoce como la Ley Cero de la termodinámica. Esta Ley la podemos demostrar experimentalmente, prediciendo por anticipado la temperatura de equilibrio a la que dos masas de agua se ponen en contacto entre si. Para esto se utiliza la siguiente ecuación de balance para el calor para una mezcla de agua.

m1Cp(TM-T1) = m2Cp(T2-TM)Donde:m1 = masa del agua fría (g) m2 = masa del agua caliente (g)T1 = temperatura del agua fría (ªC) T2 = temperatura del agua caliente (ªC)TM = Temperatura del mezcla (ªC) Cp = Calor específico del agua (1cal/gªC)

Realizar la síntesis de los siguientes temas a investigar: Ley cero de la termodinámica.

Material.1 vaso de precipitados de 250 ml 1 vaso de precipitados de 500 ml1 termómetro 1 soporte universal 1 anillo de hierro 1 malla de asbesto

Flujo de calor

TA > TB

mA

TA

mB

TB

TM

mA + mB

TA = TB = TM

TM = Temperatura de equilibrio

1 mechero bunsen 10 ml de agua destilada 10 g de NaCl 10 g de azúcar

Procedimiento.1.- En el vaso de 500 ml coloca 200 ml de agua, registra la temperatura que será la temperatura T1. 2.- En el vaso de 250 ml coloca 100 ml de agua, caliéntala hasta 60 ªC, esta será la temperatura T2.3.- Con estos datos realiza los cálculos de la temperatura de mezcla a la que se espera que llegue el agua con la fórmula siguiente: m1Cp(TM-T1) = m2Cp(T2-TM)4.- Coloca el vaso de 250 ml dentro del vaso de 500 ml y espera a que alcance la temperatura de equilibrio que debe ser aproximadamente la misma que calculaste.5.- Realiza de nuevo el experimento otras dos veces para obtener un promedio y tener un mínimo margen de error.

Cuestionario.1.- ¿Cuál de las variables que manejaste afecto más?2.- ¿Cómo es el flujo de calor en las masas de agua?3.- ¿Por qué es una Ley la Ley Cero de la termodinámica?

Referencias bibliográficas.Alvarenga Máximo (1981) Física general con experimentos sencillos. Editorial Harla, México.

Pérez Montiel, Héctor (2002) Física General. Publicaciones Cultural. México.