Fisiexp2 Final
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Guadelaboratorio
Fsica Experimental II
DepartamentodeFsica
2015
FsicaExperimentalIIGuadelaboratorio
Revisin2015:JuanDavidLizarazoFerro
BenjamnOostra
UniversidaddelosAndesBogot, Colombia
ndice
Introduccin II
1. Calorespeccodeslidos: leydeDulong-Petit 1
2. Calorlatentedelagua 3
3. Dilatacintrmicadeslidos 5
4. Dilatacintrmicadelagua 7
5. Gasideal 9
6. Equivalentemecnicodelcalor 11
7. Campoelctrico1: lneasdecampo 13
8. Campoelctrico2: lneasequipotenciales 15
9. LeydeOhm 17
10.Equivalenteelctricodelcalor 19
11.Cargaydescargadeuncondensador 21
12.Fuerzamagntica 23
13.Campomagnticoterrestre 25
A. Manualdelcalormetro 27
B. Manualdelmultmetro 29
C. Manualdelafuentedepotencia 37
i
Introduccin
Estecursotieneelobjetivodeensearelrigorylahonestidadesencialesalalaborexperimental; tambintieneelobjetivodefortalecerlaconexinentreteorayprcticaayudandoalacomprensindelostemasestudiadosenelcurso Fsica2; yademsquiereinformarsobreelfuncionamientodealgunosinstrumentosdemedicinyejercitarelusodeherramientasdeanlisisdedatos.Elcursosedivideendosgrandestemas: termodinmicayelectromagnetismo. Algunosdelosfenmenostrmicosestudia-dossonloscambiosdefasedelagua, ladilatacintrmica, elcalorespeccodediferentessustancias, ylaequivalenciaentretrabajomecnicoycalor. Enelmundodelelectromagnetismoestudiamoslaslneasdecampoyequipotenciales, elcomportamientodecondensadores, laleydeOhm, laleydeLorentzyelcampomagnticoterrestre.Antesdecadaexperimentoesnecesarioleertodalagua, hacerunresumendelprocedimientoexperimentalaseguir, resumirlosaspectosesencialesdeloselementostericoslistadosaliniciodelaseccin Teora, yresponderlaspreguntasdeesamismaseccin. Lasguascontienenlasinstruccionesnecesariasparatomaryanalizarlosdatos, conalgunasomisionesenlasqueseesperaqueelestudiantedecidaelcaminoaseguir.Alanalizarlosdatosdenuestrosexperimentosqueremospresentarlosconclaridadengrcasyanalizarlosdeformarigurosaatravsderegresionesdediferentetipo. Seesperaqueenestecursoganemosagilidadenelusodenuestracalculadoraparaprocesardatos.Altomardatosesdegranimportanciasaberreconocerfuentesdeerror, tenerlasencuentaysabermanipularlascuandosehacenclculos: unarespuestaexperimentalesintilamenosquelleveunaindicacindesuincertidumbre. Encadaexperimentodebemospreguntarnosconquprecisinseconoceloquesehamedidoocalculado. Estasincertidumbresdependendelinstrumentodemedicin, delmtodoexperimentalydelasidealizacioneshechas.Losobjetivosdenuestroslaboratoriossonmodestosylasconclusionesdebenserlotambin. Lasconclusionesdebensercoherentesconlosobjetivosplanteadosyestarargumentadasconlosresultadoscuantitativosuobservacioneshechasduranteelexperimento. Noconcluirdems, perotampococoncluirdemenos, ynotemerconcluircosassimples, quealhabersidovistasdeprimeramanotienenunagranimportanciaparanosotros.A continuacinsemuestraunejemplodeinformeconalgunasindicacionesadicionalesydespusdelnormasgeneralesatenerencuenta.
ii
Pginas numeradas en la esquina superior externaTtulo y fecha
La introduccin incluye un resumen de todos los elementos necesarios para entender el experimento y un anlisis terico de la situacin a estudiar.
INTRO
DUCCI
Niii
Elinforme
Las tablas deben tener encabezados con ttulos claros, unidades e incertidumbre (si es constante)
Incluir todos los parmetros necesarios para reproducir las condiciones experimentales
Los parmetros de las regresiones deben tener unidades y estar acompaados del coeficiente de determinacin
INTRO
DUCCI
Niv
Ambos ejes deben estar rotulados e incluir las unidades.
Si la incertidumbre en los datos es significativa los puntos deben estar acompaados por barras de error.
Las escalas deben estar elegidas de tal manera que los datos queden bien distribuidos en ambas direcciones.
Las conclusiones hacen referencia a los objetivos y deben estar argumentadas con lo obtenido en el experimento.
Las firmas al final del informe certifican las personas encargadas de su elaboracin y son premonitorias del estado legal que
puede llegar a tener una bitcora de laboratorio.
INTRO
DUCCI
Nv
INTRODUCCIN vi
Normasgenerales
! Loscuadernosdelaboratorionuncadebensersacadosdellaboratorio.! Estprohibidocomeralinteriordellaboratorio.! Todaausenciadebeserjusticadaconalgndocumentodentrodelos8dashbilesposterioresalaausencia. Toda
fallanojusticadaimplicaunacalicacinde0enlaprcticacorrespondiente. Tresfallasnojusticadasimplicanunacalicacinde 1.5 enladenitivadelcurso.
! Lasmaletasdebenestarcolgadasenlosganchosdelasmesas.! Respetarelhorario: lasclasesduranexactamente1horay50minutos, comenzandoalahoraenpunto. Elsalndebe
quedardesocupado10minutosantesdelasiguienteclase.! Atenderconcuidadolasindicacionesdelosasistentesdellaboratorio.! Dejarordenadalamesadetrabajo.
EXPERIMENTO 1
Calor especfico de slidos:ley de Dulong-Petit
Objetivos
! Determinarelcalorespeccodediferentessustanciasslidasycompararlosa la luzde la leydeDulong-Petit.
! Familiarizarseconlosinstrumentosutilizadoseneles-tudiodefenmenostrmicos.
Introduccin
Enesteexperimentodeterminamoselcalorespeccodediferentessustanciasslidasobservandoelefectoentem-peraturaque tiene la transferenciadecalor entre ellas yuncuerpotrmicodereferencia. Elcuerpotrmicodere-ferenciaestcompuestodeuncalormetroyaguaensuinterior. Ponemosalsistemacalormetro-aguaencontactoconlasustanciaenestudio, ylasmedicionesdetempera-turaymasanospermitendeterminarelcalorespeccodelasustancia.
En nuestros experimentos de calorimetra vamos a usaraguacomosustanciatrmicadereferencia; estosignicaque lacaloravaa sernuestraunidaddecalor, y calgC launidadparacaloresespeccos. Msadelanteenelcur-sodeterminamoselequivalentemecnicodelcalor, ymsadelanteansuequivalenteelctrico; despusdeelloten-dremosargumentosexperimentalessucientesparaacep-taralcalorcomootradelasmanifestacionesde laener-ga.
Ademsdedeterminarloscaloresespeccostambinque-remosponerapruebalaleydeDulong-Petitlacualarmaqueelcalorespeccodediferentesslidoscuandosecal-culanpormolnoseencuentranmuylejanosa 3R, dondeR = 1.987 calmolC eslaconstantedelosgases.
Elcalormetroqueutilizamoslimitaelintercambiodecalorentrelosobjetosquecontieneyelambiente; sinembargo,
elintercambiodecalorentreelcalormetroyestosobje-tospuedeser signicativo, yenconsecuenciaelanlisiscorrectodelosdatosobtenidossuponedeterminarlaca-pacidadtrmicadelcalormetro Cc.
Figura 1.1
Materiales
! Calormetro PHYWE 04401.00
! Termmetro
! Agua
! Hornomicroondas
! Bloquesdealuminio, acero, ybronce
! Balanza
1
EXPERIMENTO1. CALOR ESPECFICO DE SLIDOS:LEY DE DULONG-PETIT 2
Teora
LeydeDulong-Petit. Temperatura. Calorespecco. Trans-ferenciadecalor.! Entrminosdelcalorespecco ca delagualquida,
latemperaturainicialdelcalormetro Tc, latempera-tura del agua caliente vertida Ta, la temperatura deequilibrio Tf ylamasadeaguacalienteaadida ma,encuentrelaexpresinautilizarparacalcularlacapa-cidadtrmicadelcalormetro Cc.
! Entrminosdelatemperaturanaldeequilibrio Tf , latemperaturainicialdelcalormetro Tc, latemperaturainicialdelslido Ti, lamasadelslido ms, lamasadelagua ma, ylacapacidadtrmicadelcalormetroCc encuentre laexpresinautilizarparacalcularelcalorespecco c delasustanciaenestudio.
! Consultarlamasamolardelhierro, elcobreyelalu-minio.
Procedimiento
Paraencontrarlacapacidadtrmica Cc delcalormetropri-merolollenamosconaguafra, esperamosde1a2minutosytomamoslatemperaturadelagua; estaestambinlatem-peraturainicialdelcalormetro Tc. Retiramoselaguafradelcalormetroyvertimosinmediatamenteaguacalientecontemperaturaconocida Ta. Tapamoselcalormetro, es-peramosaque lleguea suestadodeequilibrio trmico,ymedimoslatemperaturanal Tf ylamasadeagua madentrodelcalormetro.Paradeterminarelcalorespecco c dealgunasustanciaprimerollenamoselcalormetroconaguafrademasama,esperamosde1a2minutosymedimoslatemperaturaini-cial Tc. Medimoslamasa ms delasustancia. Enunreci-pientecalentamosunabuenacantidaddeagua(precau-cin!), sumergimosenellaalslidoyesperamosunminu-to. Medimoslatemperaturadelagua Ts einmediatamentedespustrasladamoselslidoalcalormetro, lotapamos, ycuandoselleguealequilibriotrmicomedimoslatempe-raturanal Tf . Enlamedidadeloposibleintentamosqueelslidoentresecoalcalormetro.
Anlisiscualitativo
! Hacerundiagramadondeseindiquentodoslospro-cesostrmicosquesellevanacabodentrodelcalor-metroenelprocedimientoquedeterminaloscaloresespeccos.
! Cuandomedimos Ts loquenosinteresaeslatempe-raturadelslidoperomedimosenvezlatemperaturadelaguacaliente, porqu?
! Proponeralmenosunaformaalternativaparaestimarlacapacidadtrmicadelcalormetro.
Anlisiscuantitativo
Determinar la capacidad trmica del calormetro y en-contrarelcalorespeccode las tres sustanciasdisponi-bles.Calcularloscaloresespeccospormolsuponiendoqueelaceroesttodocompuestodehierro, yqueelbroncees-tcompuestosolodecobre. Entodosloscasoscalcularladiferenciaporcentualconelvalor 3R propuestoporlaleydeDulong-Petityconlosvaloresaceptados. Enlacompa-racinconlosvaloresaceptadosidentiquesielresultadoexperimentalescompatiblee identiqueposiblescausasdeerror.
cFe =
(0.107
calgC
)
cAl =
(0.216
calgC
)
cCu =
(0.0917
calgC
)
EXPERIMENTO 2
Calor latente del agua
Objetivos
! Determinarparaelaguaelcalorlatentedefusinyeldevaporizacin.
Introduccin
Enesteexperimentoestudiamoselcalorinvolucradoenloscambiosdefasedelagua.Paradeterminarelcalorlatentedefusindejamosqueuntrozodehielodemasaytemperaturainicialconocidassederritaalinteriordeuncalormetro. Loscambiosdetem-peraturanospermitencalcularloscaloresinvolucrados, yc