Medición de temperatura con termometros de alcohol y mercurio.

PRÁCTICA 2
MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA CON TERMÓMETROS DE MERCURIO Y DE ALCOHOL

Juan Carlos Cruz Rodríguez, Ángel Jiménez Rico y Jacobo Isaí Archundía García

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE CIENCIAS
Ciudad Universitaria, México D. F. a 27 de Febrero de 2013

Resumen
El objetivo del presente trabajo fue el de demostrar la ley de enfriamiento de Newton, para lo cualcalentamos agua en un vaso de precipitados hasta su punto de ebullición y graficar la relacion temperatura contra tiempo y ver que dicha relacion es exponencial. Se encontró que la τ necesaria para realizar tal objetivo fue y respectivamente y que para cualquiera de estas dos, el experimento obedece tal ley.


Palabras clave
Ley cero de la termodinámica – Temperatura – GraphIntroducción
Objetivo
Verificar la calibración de un termómetro de mercurio o de alcohol con ayuda de un termómetro patrón.
Ver el tiempo de respuesta de un termómetro de mercurio o de un termómetro de alcohol.
Hipótesis
Como hipótesis tendremos que los datos arrojados a partir de la medición del tiempo de respuesta de los termómetros van a satisfacer la ley de enfriamiento de newton.
Marco teóricoCualitativamente la temperatura es una propiedad atribuida a un objeto que determina si este está caliente o frío al tacto; y en cuanto más caliente se percibe, más alta es la temperatura.

Ahora, definiendo la temperatura cuantitativamente, empezaremos diciendo que, sabemos que si dos sistemas (llamémosles A y B) están equilibrio térmico1 con un tercer sistema (llamémosle C), entonces estosdos sistemas (A y B) estarán en equilibrio térmico entre sí. Entonces a partir de esto tenemos que la temperatura de un sistema es aquella propiedad que determina si éste se encuentra o no en equilibrio térmico con otros sistemas.
La temperatura de un sistema puede representarse por un numero, a partir de establecerse una escala de temperatura. El procedimiento más sencillo para definir unaescala de temperatura es elegir un sistema y arbitrariamente un valor numérico de temperatura a cada valor de la coordenada del estado del sistema, cuyo sistema es llamado termómetro. Y esto define entonces de forma cuantitativa la temperatura de este sistema, así como la de todos los que estén en equilibrio térmico con él.

Una de las características mas importantes de un termómetro es la rapidezen alcanzar el equilibrio térmico, por lo que a continuación hablaremos sobre la ley de enfriamiento de Newton (Véase [2]).

De acuerdo con la ley de enfriamiento de Newton, si un objeto a temperatura se introduce en un medio con temperatura constante , entonces la razón de cambio de es proporcional a la diferencia de temperatura , lo cual produce la siguiente ecuación diferencialReacomodando la ecuación (1) tenemos que



Integrando la ecuación (2) con la condición inicial de que en el instante la temperatura del cuerpo es , es decir,



Obtenemos la relación lineal siguiente







Aplicando la función exponencial a la ecuación (5) tenemos que



Donde siendo un “tiempo característico” de enfriamiento, por lo que el parámetro nos da la idea de larapidez del enfriamiento (Véase [3] y [4]). Entonces reescribiendo (6) de acuerdo a lo anterior tenemos



Por otra parte, de la ecuación (5) tenemos que


Entonces de la ecuación (8) obtenemos la expresión que nos da el valor de , que es la siguiente ecuación



Desarrollo experimental

Se podría decir que esta práctica se dividió en dos partes, donde la primer parte consistió en laverificación de la calibración de los termómetros, y la segunda parte consistió en observar el tiempo de respuesta de un termómetro; especificando un poco mas el desarrollo experimental, de ambas partes, a continuación:

Primera parte

Para verificar la calibración de un termómetro lo que hicimos fue medir la temperatura ambiente del laboratorio, la temperatura ambiente del agua y la...