r

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA AMBIENTAL

SEMESTRE: 2015-I

CURSO: FISICA II

CICLO: III

INFORME: N° 01“TERMOMETRO DE AGUA”

ALUMNA:

GUIA DE LABORATORIO Nº 01.

TERMÒMETRO DE AGUA.

I. OBJETIVOSA) GENERALES. Estudio de las escalas termométricas y describir una técnica de calibración.

B) ESPECIFICOS. Construir un termómetro de agua a presión constante (atmosférica) y calibrarlo a los ya

existentes.

II. FUNDAMENTO TEORICO

La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Para este fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor; así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en la dilatación, los termopares que deben su funcionamiento al cambio de la conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente.

Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio Cero de la Termodinámica que dice: "Si un sistema A que está en equilibrio térmico con un sistema B, está en equilibrio térmico también con un sistema C, entonces los tres sistemas A, B y C están en equilibrio térmico entre sí".

Los diferentes termómetros que existen se basan en ideas distintas, al usar diferentes puntos de partida en sus mediciones, pero como todos miden la agitación térmica de las moléculas, lo único que cambia es la escala empleada por cada uno de sus inventores. Las escalas térmicas o escalas de temperatura más importantes son la Fahrenheit, la Celsius y la Kelvin (o absoluta). Cada escala considera dos puntos de referencia, uno superior y el otro inferior, y un número de divisiones entre las referencias señaladas.

Todos los termómetros se pueden calibrar asumiendo que el cociente entre a y b para los distintos termómetros es una constante. Así:

Por lo tanto:

Si consideramos solamente las escalas conocidas, se tiene:

TERMOMETRO DE GAS:Todos los termómetros calibrados mediante agua con hielo y vapor de agua concuerdan (por definición) a 0 ºC y a 100 ºC, pero ofrecen lecturas ligeramente distintas en los puntos intermedios. Las discrepancias pueden ser muy grandes por encima del punto del vapor y por debajo del punto del hielo. Sin embargo, existe un grupo de termómetros en el que las temperaturas medidas concuerdan muy bien incluso lejos de los puntos de calibración: se trata de los termómetros de gas. En una de sus versiones, el termómetro de gas a volumen constante, se manifiesta constante el volumen del gas y su presión se utiliza como propiedad termométrica para medir temperaturas. La presión Po del punto del hielo y la presión P100 del punto del vapor de agua se determinan situando el termómetro en baños agua-hielo y agua-vapor, y el intervalo entre ellos se divide en 100 grados iguales (escala Celsius). Si la presión P, en el baño cuya temperatura desea determinarse, dicha temperatura en grados Celsius se define por:

t c=P1−P0P100−P0

=100

Fig.1: Termómetro de gas a volumen constante. Se mantiene constante el volumen subiendo o bajando el tubo B3 de modo que se mantenga en la marca cero el mercurio que contiene el tubo B2. Se escoge que la temperatura sea proporcional a la presión del gas convertido en el tubo B1. Esta presión la indica la altura h de la columna de mercurio en el tubo B3

III. MATERIAL Y EQUIPO

Para realizar la siguiente práctica vamos a utilizar los siguientes materiales y equipos:

A. COCINA ELECTRICA: En este experimento se utilizara para calendar el agua que se encuentra en el matraz Erlenmeyer.

B. MATRAZ DE ERLENMEYER:Son matraces de paredes rectas, muy usados para las valoraciones. Se pueden calendar directamente sobre la rejilla.

C. TERMOMETRO: Termómetro, instrumento empleado para medir la temperatura. El termómetro más utilizado es el de mercurio, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado para mantener un vacío parcial en el capilar. Cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar. La temperatura se puede leer en una escala situada junto al capilar. El termómetro de mercurio es muy utilizado para medir temperaturas ordinarias; también se emplean otros líquidos como alcohol o éter.

D. TUBO DE VIDRIO: Utilizamos un tubo de vidrio en escala de 1cm para poder medir el nivel del agua.

IV. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO

Llenar completamente el vaso pirex con agua y colocar el tapón de goma tratando de que el agua ascienda por el tubo de vidrio.

Medir la temperatura en ese nivel de agua. Conectar la cocina eléctrica para que el agua empiece a

calentarse. Anotar la temperatura para cada centímetro de ascenso

del agua en el tubo de vidrio.

V. DATOS EXPERIMENTALES

N 1 2 3 4 5 6 7 8T( 0C) 26 29 31 34 37 41 47 50h (cm) 0 1 2 3 4 5 6 7

VI. ANALISIS Y RESULTADOS(Aplicar el método de los mínimos cuadrados, tomando T (ºC) = y yh(cm) = x)

Luego:

Yi Xi Xi2 Yi * Xi

N T(ºC) h(Cm) h2 Cm2 T(ºC) *(h Cm)1 26 0 0 02 29 1 1 293 32 2 4 624 34 3 9 1025 37 4 16 1486 41 5 25 2057 47 6 36 2828 50 7 49 350

∑Y i=295 ∑ X i=28 ∑Y i2=140 ∑Y i∗X i=1178

0 1 2 3 4 5 6 7 80

10

20

30

40

50

60

f(x) = 3.46428571428571 x + 24.75R² = 0.978982415981688

Gràfico de la Temperatura (ºC en funcion a la altura (h cm)

Serie 1Linear (Serie 1)

Altura cm

Te

mp

era

tura

ºC

Y = A + BX

Mediante el método de los mínimos cuadrados se obtiene los parámetros A y B:

A=∑Y i∑ X i2−∑ Y i X i∑ X i

N∑ X i2−(∑ X i)2

B=N∑ Y i X i−∑Y i∑ X i

N∑ Xi2−(∑ X i)

2

Se puede expresar como:A=A ±SAB=B±SB

SA=Sy √ ∑ X i2

N∑ Xi2−(∑ X i)

2

SB=Sy √ N

N∑ X i2−(∑ X i)2

Sy=√∑ δ Y 2iN−2

δ Y 2i=Y i−(A+B X I)2

B=(8∗1178 )−(295∗28)

8 (140 )−282=1164336

=3,46

A=(295∗140 )−(1178∗28)

8 (140 )−282=8316336

=24,75

ENTONCES:

δ Y 2i=(Y i−(A+B X I ))2

Yi Xi (Yi- (A+B*Xi))2

A=24,75

B=3,64

26 0 1,5629 1 0,6231 2 0,4534 3 1,2837 4 2,5341 5 1,1047 6 2,2250 7 1,06

∑ δ Y 2i 10,82

Sy=√∑ δ Y 2iN−2

u

SA=Sy √ ∑ X i2

N∑ Xi2−(∑ X i)

2

SB=Sy √ N

N∑ X i2−(∑ X i)2

SB=1,34√ 8(8∗140)−282

SB=1,34√ 8336

=¿0.20¿

SA=1,34√ 140(8∗140)−282

SA=1,34√ 140336=¿0,87¿

Sy=√ 10,828−2=√ 10,826 =1,34

VII. CONCLUSIONES

Se logró estudiar las escales termometrías y describir una técnica de calibración.

La fórmula que se logró obtener fue: Y = A + BX (y = 24,75+ 3,46x).

El termómetro de agua se puede calibrar a las escalas ya existentes.

VIII. CUESTIONARIO1. ¿Cuál es la temperatura en 0C, cuando la columna de agua en el tubito de vidrio es de 1,5

cm; 13,4 cm; 20,6 cm y 30 cm?

Aplicando la fórmula: Y = A + BX (y = 24,75+ 3,46 x)

a) Altura 1,5 cmY=24,75 + 3,46 *1,5

Y= 29.94

R: La temperatura en 0C es 29.94

b) Altura 13,4 cmY=24,75 + 3,46 *13,4

Y= 71.11

R: La temperatura en 0C es 71.11

c) Altura 20,6cmY=24,75 + 3,46 *20,6

Y= 96.03

R: La temperatura en 0C es 99,73

d) Altura 30 cmY=24,75 + 3,46 *30

Y= 128.55

R: La temperatura en 0C es 128.55

2. ¿Qué altura tendrá la columna de agua cuando el termómetro indique 15 0C?

Aplicando la fórmula: Y = A + BX (y = 24,75+ 3,46 x)

15 =24,75 + 3,46XX= - 2,82

R: La altura es de -2,823. En una escala de temperatura descocida, el punto de congelación del agua es -15ºR y

el punto de ebullición de 60 ºR. la temperatura equivalente de 80 ºC. en la escala R es:

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. TOMAS, X.Introduccion al calculo numerico. Barcelona : Instituc Quimic Sarria, 2006. ISBN:84-611-0645-8.

2. TIPLER, Paul. Física para la ciencia y la tecnología, Ed.5. Barcelona: Editorial Reverte S.A., 2005, pág. 656, ISBN: 84-291-4410-2