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Physics labs

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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