Termometría
Páginas: 12 (2955 palabras)
Publicado: 30 de abril de 2010
Experimento 1: Termometría
13 de abril de 2010
Universidad de Santiago de Chile. Departamento de Física. Física Experimental IV. Laboratorio de Termodinámica.
Profesores: Álvaro San Martín y Jaime Caballero
Rosa María Corona González y Pamela Alejandra Franco Leiva
Rositacorona14@ hotmail.com - U2.love.pame@gmail.com
Resumen.
Se realizaron mediciones con un termómetro de alcohol yel sensor de temperatura de acero, para procesos de enfriamiento y calentamiento, verificando si dichos procesos se rigen por la Ley de Enfriamiento de Newton el cual permitió obtener las características de los termómetros utilizados obteniendo que para el enfriamiento el tiempo de respuesta es τ1=1,19τ2 y para el calentamiento fue de τ1=1,17τ2 teniendo que el termómetro de alcohol posee un tiempode respuesta más lento que el sensor de temperatura.
1. Introducción.
El objetivo es el estudio de algunas características comunes de los termómetros, determinando su tiempo de respuesta mediante el estudio del enfriamiento de newton.
La temperatura de un sistema es una propiedad que determina si un sistema se halla o no en equilibrio térmico con otros sistemas. Existe equilibrio térmicocuando no hay cambios espontáneos en las coordenadas de un sistema en equilibrio mecánico y químico, si se separa de su entorno mediante una pared diatérmana. Podemos decir que ‘si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces ambos están en equilibrio térmico entre si’. Este postulado se le conoce como la Ley cero de la Termodinámica. [1]
El termómetro en uninstrumento de medición de temperatura. El termómetro más utilizado es el de mercurio o alcohol, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una ampolla llena de mercurio o alcohol. El conjunto esta sellado para mantener un vació parcial en el capilar. Cuando la temperatura aumenta el mercurio o alcohol se dilata y asciende por el capilar.
El tiempo de respuestade un termómetro es aquel en el que tarda en llegar a la temperatura del medio circundante. Si las temperaturas no son muy grandes y la radiación no sea importante podemos suponer que entre el termómetro y el medio circundante existe una delgada capa de separación. Donde el cambio de temperatura será:
[pic](1)
Donde: h: coeficiente de transferencia de calor, A; área efectiva, m: masa, Tf:temperatura del medio, T: la temperatura en la que se encuentra el termómetro, c: calor especifico, en un intervalo de tiempo dt, en el cambio de temperatura dT.
Definiendo τ que es la constante de tiempo de enfriamiento y mide el tiempo de respuesta del sistema.
[pic] (2)
Para un termómetro de alcohol tenemos un calor específico c=2400[J/kgºK]
El término mc está referido a la capacidad térmicadel sistema Ct. A la inversa del producto hA se lo suele llamar resistencia térmica del sistema Rt.
[pic] (3)
El enfriamiento de newton: cuando un cuerpo se enfría en un medio a temperatura constante e inferior, el proceso térmico que se da es complejo y la pérdida de energía que origina el enfriamiento es una difícil superposición de fenómenos de radiación, convención y conducción. Donde elproceso de enfriamiento se produce debido a una transferencia energética del cuerpo al ambiente originada por la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente. [2]
Estableciendo la rapidez de variación de la temperatura es proporcional a la diferencia de temperatura del cuerpo menos la del medio ambiente siendo:
[pic] (4)
Donde: dT/dt es la rapidez de enfriamiento, k: constante quedefine el ritmo de enfriamiento, Tf: temperatura del medio ambiente, T: temperatura instantánea del cuerpo.
Donde tenemos una relación entre la constante de proporcionalidad k que depende del cuerpo y la constante de tiempo τ dado por:
[pic](5)
Ordenando la ecuación 1 y resolviendo la integral definida, nos queda:
[pic] (6)
Despejando:
[pic] (7)
La ecuación 7 debería representar...
13 de abril de 2010
Universidad de Santiago de Chile. Departamento de Física. Física Experimental IV. Laboratorio de Termodinámica.
Profesores: Álvaro San Martín y Jaime Caballero
Rosa María Corona González y Pamela Alejandra Franco Leiva
Rositacorona14@ hotmail.com - U2.love.pame@gmail.com
Resumen.
Se realizaron mediciones con un termómetro de alcohol yel sensor de temperatura de acero, para procesos de enfriamiento y calentamiento, verificando si dichos procesos se rigen por la Ley de Enfriamiento de Newton el cual permitió obtener las características de los termómetros utilizados obteniendo que para el enfriamiento el tiempo de respuesta es τ1=1,19τ2 y para el calentamiento fue de τ1=1,17τ2 teniendo que el termómetro de alcohol posee un tiempode respuesta más lento que el sensor de temperatura.
1. Introducción.
El objetivo es el estudio de algunas características comunes de los termómetros, determinando su tiempo de respuesta mediante el estudio del enfriamiento de newton.
La temperatura de un sistema es una propiedad que determina si un sistema se halla o no en equilibrio térmico con otros sistemas. Existe equilibrio térmicocuando no hay cambios espontáneos en las coordenadas de un sistema en equilibrio mecánico y químico, si se separa de su entorno mediante una pared diatérmana. Podemos decir que ‘si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces ambos están en equilibrio térmico entre si’. Este postulado se le conoce como la Ley cero de la Termodinámica. [1]
El termómetro en uninstrumento de medición de temperatura. El termómetro más utilizado es el de mercurio o alcohol, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una ampolla llena de mercurio o alcohol. El conjunto esta sellado para mantener un vació parcial en el capilar. Cuando la temperatura aumenta el mercurio o alcohol se dilata y asciende por el capilar.
El tiempo de respuestade un termómetro es aquel en el que tarda en llegar a la temperatura del medio circundante. Si las temperaturas no son muy grandes y la radiación no sea importante podemos suponer que entre el termómetro y el medio circundante existe una delgada capa de separación. Donde el cambio de temperatura será:
[pic](1)
Donde: h: coeficiente de transferencia de calor, A; área efectiva, m: masa, Tf:temperatura del medio, T: la temperatura en la que se encuentra el termómetro, c: calor especifico, en un intervalo de tiempo dt, en el cambio de temperatura dT.
Definiendo τ que es la constante de tiempo de enfriamiento y mide el tiempo de respuesta del sistema.
[pic] (2)
Para un termómetro de alcohol tenemos un calor específico c=2400[J/kgºK]
El término mc está referido a la capacidad térmicadel sistema Ct. A la inversa del producto hA se lo suele llamar resistencia térmica del sistema Rt.
[pic] (3)
El enfriamiento de newton: cuando un cuerpo se enfría en un medio a temperatura constante e inferior, el proceso térmico que se da es complejo y la pérdida de energía que origina el enfriamiento es una difícil superposición de fenómenos de radiación, convención y conducción. Donde elproceso de enfriamiento se produce debido a una transferencia energética del cuerpo al ambiente originada por la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el ambiente. [2]
Estableciendo la rapidez de variación de la temperatura es proporcional a la diferencia de temperatura del cuerpo menos la del medio ambiente siendo:
[pic] (4)
Donde: dT/dt es la rapidez de enfriamiento, k: constante quedefine el ritmo de enfriamiento, Tf: temperatura del medio ambiente, T: temperatura instantánea del cuerpo.
Donde tenemos una relación entre la constante de proporcionalidad k que depende del cuerpo y la constante de tiempo τ dado por:
[pic](5)
Ordenando la ecuación 1 y resolviendo la integral definida, nos queda:
[pic] (6)
Despejando:
[pic] (7)
La ecuación 7 debería representar...
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