Ingeniero

PRÁCTICA Nº 1

EQUILIBRIO TÉRMICO

TRABAJO PREPARATORIO (Consulta)

• Revise y haga un resumen de la teoría de la Ley de Equilibrio Térmico(máximo 1 página)
• Defina qué es Calor y su influencia en la ley de conservación de la energía.
• Consulte y dibuje la gráfica de temperatura de dos cuerpos en contacto de diferente temperatura inicial en función del tiempo, y analícela.
• Describaqué es y para que se utiliza en el análisis físico, la ley de conservación de energía. Cite tres ejemplos en los que se incluya el calor como una forma de energía

Recuerde que en el trabajo preparatorio el estudiante debe contestar las preguntas de la forma más clara y concisa posible y citar las fuentes bibliográficas utilizadas.


1.1. OBJETIVOS

Al final de la práctica el estudianteserá capaz de:

• Describir el comportamiento térmico de varios cuerpos en contacto.
• Determinar analítica y gráficamente la constante de enfriamiento de un sistema.
• Explicar uno de los principios de funcionamiento de los termómetros.

1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Para estudiar una de las leyes del calor, llamada del equilibrio térmico, se utilizan dos envases que contienen líquidos adiferente temperatura. Estos envases son puestos en contacto, y mediante el uso de termómetros se estudia el comportamiento de su temperatura. En base de los resultados se determina una ley que rige el comportamiento de los objetos en contacto térmico.

1.3. TEORÍA

Una de las leyes más importantes que existen en la física y en particular en el estudio del calor es la ley del equilibrio térmico,dos cuerpos en contacto que se encuentran a diferente temperatura tienden a igualar su temperatura después de transcurrido cierto tiempo. Es decir, la condición para que exista el equilibrio térmico entre 2 cuerpos en contacto es que sus temperaturas sean iguales.

La siguiente expresión conocida como la ley de enfriamiento de Newton describe el enfriamiento de un cuerpo dentro de un reservorio.Donde:

k = es la constante de enfriamiento
TC = es la temperatura del recipiente que contiene el agua caliente
TF = es la temperatura del recipiente que contiene el agua fría

Cuya solución general es una función exponencial:



Donde:

TC0 = es la temperatura inicial del recipiente que contiene el agua caliente
TF0 = es la temperatura inicial del recipiente que contieneel agua fría

Esta ecuación indica que para un tiempo t suficientemente largo, las temperaturas de ambos envases serán iguales TC = TF

1.4. MATERIALES


 Trípode variable
 Varilla soporte, 250 mm
 Varilla soporte, 600 mm
 Nuez doble
 Soporte para tubos de vidrio
 Aro con nuez
 Rejilla con porcelana
 Vaso de precipitados, 250 ml
 Vaso de precipitados, 400 ml
 MatrazErlenmeyer, 100 ml, SB 29
 Termómetro de Alcohol., T50, -10...+110°C
 Termómetro de Alcohol, T100, -10...+110°C
 Termómetro Digital Fluke
 Termocupla Tipo J
 Cronómetro
 Mechero de butano
 Cartucho de butano
 Cerillas

1.5. MONTAJE

1.5.1. Montar el material de soporte según el esquema.
1.5.2. Poner 100ml de agua fría en el matraz Erlenmeyer.
1.5.3. Colocar los 2 termómetrosanálogos en el soporte para tubos de vidrio. El de vástago más largo se sumerge en el matraz Erlenmeyer. El otro se coloca de manera que entre lo más posible en el vaso de precipitados de 400ml, pero sin tocar el matraz.
1.5.4 Colocar un termómetro digital en el matraz Erlenmeyer y el otro en el vaso de precipitados de 400ml.
1.5.5 Calentar 160ml de agua a unos 80°C en el vaso de precipitados de250ml y verter el agua caliente en el vaso de precipitados de 400ml.
1.5.6. Comprobar que los termómetros se encuentren a una profundidad adecuada.


Figura 1.1. Esquema de la Práctica de Equilibrio Térmico

1.6. PRECAUCIONES

Al calentar el agua, el aro y la rejilla se ponen muy calientes. Para manejar el agua caliente hay que coger el vaso por el borde superior y con cuidado.

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