EQUILIBRIO TERMICO LABORATORIO DE FISICA CALOR Y ONDAS INTEGRANTES GRUPO KD DOCENTE: EDUARDO MARTINEZ UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE

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Eva Salazar Romero
hace 6 años
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1 EQUILIBRIO TERMICO LABORATORIO DE FISICA CALOR Y ONDAS INTEGRANTES NOMBRE CODIGO GRUPO KD DOCENTE: EDUARDO MARTINEZ UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA DPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE FISICA BARRANQUILLA CONTENIDO

2 INTRODUCCIÓN...2 MARCO TEÓRICO...4 OBJETIVOS... 5 DESCRIPCIÓN DE LA EXPERIENCIA...6 MATERIALES... 7 TABLA DE DATOS...8 OBSERVACIONES...9 CONCLUSIÓN...10 HOJA DE EVALUACIÓN...11 INTRODUCCIÓN

3 Poder comprobar experimentalmente lo dado con teoría en las clases de física calor y ondas, esto es lo que se busca en tal laboratorio. En esta oportunidad entramos a analizar el Equilibrio térmico, el cual comprueba que dos cuerpos que inicialmente tienen diferentes temperaturas, al avanzar el tiempo llegarán a igualar esta. Con esta práctica se comprueba que estos temas además de importantes, son de alto cuidado, el tener claridad de quien gana o transmite energía en forma de calor en un sistema, nos ayuda a comprender cuando se obtiene entre los cuerpos en contacto. De esta manera, buscamos con un recipiente de agua a temperatura ambiente, y otro de agua hervida, el fenómeno del equilibrio térmico. A través de la transferencia de calor de uno a otro.

MARCO TEÓRICO El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas.

4 MARCO TEÓRICO El equilibrio térmico es aquel estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas. Una vez que las temperaturas se equiparan se suspende el flujo de calor, llegando ambos cuerpos al mencionado equilibrio término. El de equilibrio térmico es un concepto que forma parte de la termodinámica, la rama de la física que se ocupa de describir los estados de equilibrio a un nivel macroscópico. Cuando dos sistemas se encuentran en contacto mecánico directo, o en su defecto, separados mediante una superficie que facilita la transferencia de calor, se dirá que ambos están en contacto térmico. Mientras tanto, al cabo de un tiempo, aunque los dos sistemas que se hallan en contacto térmico se encuentren dispuestos de tal manera que no puedan mezclarse o aunque estén colocados en el interior de un espacio en el cual es imposible que intercambien calor con el exterior, alcanzarán el estado de equilibrio térmico. A un nivel macroscópico, la situación de dos sistemas en contacto térmico podrá interpretarse porque las partículas de la superficie de interface de los dos sistemas son capaces de interactuar entre sí; lo que se verá es que las partículas del sistema que ostenta una mayor temperatura le transferirán parte de su energía a las partículas del otro sistema que observa una menor temperatura. La mencionada interacción hará que las partículas de ambos sistemas logren la misma energía y por tanto la misma temperatura. La ley cero de la termodinámica establece que si un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio térmico. Es decir: los cuerpos A, B y C, tendrán igual temperatura.

5 OBJETIVOS Observar el fenómeno del equilibrio térmico entre dos sistemas. Representar gráficamente la relación existente entre las temperaturas y el tiempo. Ver el comportamiento de dos sistemas a diferentes temperaturas cuando se ponen en contacto.

6 DESCRIPCIÓN DE LA EXPERIENCIA Introducimos la matriz en el cassylab. Empezamos introduciendo el Erlenmeyer con 100 ml de agua a temperatura ambiente en el beaker de 400ml. Calentamos 160ml de agua en el beaker de 250ml hasta alcanzar una temperatura de 80ºC. Vertimos el agua hervida en el beaker de 400ml con cuidado, de tal forma que no caiga una gota en el agua a temperatura ambiente. Le damos click al reloj y vemos que sucede.

7 MATERIALES Varillas soportes Nueces Beaker de 250ml Beaker de 400ml Erlenmeyer de 100ml Aro con nuez o Tripode Malla de asbesto Termocupla Sensor de temperatura Interface cassylab Mechera de gas natural Probeta

8 TABLA DE DATOS t / min &J_A11 / C &J_A12 / C 0:00 45,9 77,3 0:30 49,9 72 1:00 52,1 67,9 1:30 54,1 65 2:00 54,9 62,9 2:30 55,1 61,7 3:00 55,7 61,1 3:30 55,9 60,2 4:00 55,9 59,7 4:30 55,6 58,9 5:00 55,5 58,5 5:30 55,6 57,5 6:00 55,5 56,8 6:30 55,4 56,1 7:00 55,1 55,7 Parámetros adicionales Masa del agua fría m1 Masa del agua caliente m2 Masa del agua caliente m2 Calor especifico del agua c Temperatura inicial agua caliente Delta T del agua fría Delta T del agua caliente

9 OBSERVACIONES Luego de haber finalizado la práctica de laboratorio donde se comprobó el equilibrio térmico, encontramos y comprobamos la transferencia de calor entre cuerpos con diferentes temperaturas donde el de mayor le transfiere al de menor hasta llegar a ese punto de igualdad térmica. De la tabla vemos que el agua que estaba a mayor temperatura cede al de menor temperatura, lo que quiere decir que la energía entre los dos, siempre es igual. La grafica nos muestra los valores de las temperaturas del agua (caliente y fría) y como a medida del tiempo estas van alcanzando su equilibrio térmico. De la tabla vemos que el agua que estaba a mayor temperatura cede al de menor temperatura, lo que quiere decir que la energía entre los dos, siempre es igual. Vemos en la gráfica, que la transferencia de calor no se produce instantáneamente, si no que existe un lapso tiempo, en nuestra experiencia tomó 7:00 aproximadamente en hallar el equilibrio

10 CONCLUSIÓN De la anterior experiencia se puede concluir que: El equilibrio térmico es una situación en la que dos objetos en contacto térmico dejan de intercambiar energía por el proceso de calor al momento de alcanzar la misma temperatura. El calor se transfiere en forma de energía. El calor se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menor temperatura. La propiedad que tienen en común los cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico es precisamente la temperatura. De acuerdo con el principio de conservación de la energía cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el calor tomado por uno de ellos ha de ser igual en cantidad al calor cedido por el otro. HOJA DE EVALUACIÓN

11 1. Como interpretarías tú la siguiente frase: el calor no se tiene se transfiere. Ppodemos decir que el calor no se tiene, se transfiere porque los cuerpos no tienen calor, sino energía interna que pueden ceder o recibir en forma de calor cuando los ponemos en contacto con otros cuerpos a distinta temperatura. 2. Dé la definición de los siguientes conceptos a) Energía interna b) energía térmica c) calor a) La energía interna es la suma de las energías de todas las partículas de un cuerpo. b) La energía térmica es aquella energía liberada en forma de calor, es decir, pasa de un cuerpo más caliente a otro que presenta una temperatura menor. c) Calor, es la energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y procede de la transformación de otras energías; es originada por los movimientos vibratorios de los átomos y las moléculas que forman los cuerpos. 3. Qué se puede decir cuando se afirma que un termómetro puede medir su propia temperatura? Explica tu respuesta Cuando utilizamos el termómetro este se pone al mismo nivel de temperatura. En ese momento hacemos la medición directa de la temperatura a la cual se encuentra el termómetro, la cual representa, por acción de equilibrio térmico la misma temperatura de la zona que queremos medir. 4. Qué propiedades físicas deben tenerse en cuenta para la construcción de un termómetro? Explique su respuesta La construcción de un termómetro se basa en la dilatación del mercurio (este metal líquido se utiliza por tener un valor bajo de dilatación al aplicarse calor) y en el Principio Cero de la Termodinámica que dice: "Si un sistema A que está en equilibrio térmico con un sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C, entonces los tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí". 5. Qué diferencia hay entre evaporación y ebullición? La diferencia que hay es que la ebullición ocurre en toda la masa, todas las moléculas del líquido tienen la suficiente temperatura como para pasar al estado vapor; en cambio, la evaporación tiene lugar a cualquier temperatura y solo en algunas moléculas en la superficie del líquido. 6. Qué diferencia hay entre contacto térmico y equilibrio térmico? La diferencia es que el contacto térmico se da cuando se ponen en contacto dos cuerpos con diferentes temperaturas y el equilibrio térmico solo se logra hasta que ambos cuerpos hayan obtenido la misma temperatura.

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