_Folleto

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

Período: Marzo/2011– Agosto/2011

QUITO-ECUADOR

LABORATORIO DE FÍSICA II

Página 2

ÍNDICE

ÍNDICE. 1

NORMAS PARA EL LABORATORIO DE FÍSICA II ........ 2

PRÁCTICA Nº 0: REGRESION LINEAL Y ERRORES 6

PRÁCTICA Nº 1: EQUILIBRIO TÉRMICO. 14

PRÁCTICA Nº 2: DILATACIÓN TÉRMICA DE SOLIDOS... 21

PRÁCTICA Nº 3: DILATACIÓN TÉRMICA DE LIQUIDO. 27

PRÁCTICA Nº 4: TRANSPORTE DE CALOR.. 32

PRÁCTICA Nº 5: CALOR Y ENERGIA INTERNA ... 39

PRÁCTICA Nº 6: ELECTROSTÁTICA 47

PRÁCTICA Nº 7: MAGNETOSTÁTICA... 56

PRÁCTICA Nº 8: LA LEY DE OHM. 66

PRÁCTICA Nº 9: LA POTENCIA Y EL TRABAJO ELÉCTRICO 69

PRÁCTICA Nº 10: CARGA Y DESCARGA DE CONDENSADORES... 76


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NORMAS PARA EL LABORATORIO DE FÍSICA II 1. Introducción El Laboratorio de Física de la Facultad de Ciencias pretende proporcionar al alumno una visión completa del trabajo a realizar al enfrentarse con una experiencia práctica, de la que se quiere obtener un resultado fiable que será dado a conocer mediante un informe. En el nivel de aprendizaje correspondiente al laboratorio, se encuentra en conexión directa con el desarrollo de experiencias prácticas de laboratorio. La experiencia adquirida en el laboratorio se pueda emplear en cualquier otra disciplina de la carrera, que requiera la realización de trabajo práctico de laboratorio. El alumno, a lo largo del transcurso del laboratorio, debe adquirir los conocimientos necesarios que le permitan redactar con el suficiente rigor un informe, sobre cualquier experiencia realizada en un laboratorio. Utilizar con soltura los diferentes sistemas de unidades que acompañan a las magnitudes físicas, determinar los tipos de errores que pueden afectar a la medida de una magnitud. Realizar representaciones gráficas que muestren el comportamiento experimental de las distintas magnitudes. Tratar los datos experimentales utilizando métodos de regresión lineal y cálculo gráfico, cuando sea necesario, para obtener la máxima información posible. 2. Respecto a la evaluación La evaluación se realizará en base a cuatro puntos, el coloquio, defensa e informe. El porcentaje de los aspectos considerados es el siguiente:

Coloquio 0.5

Cumplimiento 0.5

Preparatorio 1.5

Defensa 3.5

Informe 4

Total 10

A continuación se describe de manera general, que significa cada punto de la evaluación: Coloquio: consiste en una evaluación oral o escrita de la práctica a realizarse, para lo cual el alumno se compromete a leer y revisar previamente la práctica. Preparatorio: consiste en un trabajo que se lo traer contestado, es un requisito para realizar la práctica, el trabajo preparatorio se lo debe realizar a mano, con esfero y en hojas de papel bond formato A4. Cumplimiento: consiste en la entrega de los trabajos preparatorios, informes, coloquios, defensas como también puntualidad por parte de todos los integrantes de grupo. El informe: es un trabajo escrito, resultado de la realización de la práctica, el informe al igual que el trabajo preparatorio se lo debe realizar a mano, con esfero y en hojas de papel bond formato A4. Defensa: consiste en una evaluación escrita de la práctica correspondiente al informe entregado (práctica anterior).


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3. Respecto al horario Se permitirá ingresar al estudiante con un máximo de 10 minutos de atraso,

después de la hora de inicio de cada una de las prácticas; tiempo en el cual se tomará la defensa, el coloquio y se recibirán el preparatorio y el informe. Si el estudiante llegase atrasado dentro de los 10 minutos contemplados, podrá dar la defensa en forma parcial en el tiempo restante. Esto implica que pasados los 10 minutos el estudiante no podrá realizar el coloquio, la defensa ni la práctica perdiendo el puntaje correspondiente.

En caso de presentarse una calamidad doméstica, enfermedad u otro caso fortuito, el estudiante deberá presentar una solicitud para recuperar la práctica; la solicitud será dirigida al instructor a cargo, y se la deberá entregar en un plazo máximo de 72 horas, adjuntando claramente su justificación.

De no existir coloquio, se evaluará la participación y el comportamiento en el laboratorio.

4. Respecto a los atrasos No se realizarán informes ni defensas atrasadas (significa pérdida de la nota

correspondiente), a menos que exista justificación correspondiente. En caso de existir justificación, la práctica se realizara en la semana de

recuperación o en un plazo acordado con el instructor a cargo. 5. Respecto al informe.

El informe es individual y debe ser realizado a mano con letra legible en hojas de papel bond A4.

El informe debe incluir: número de practica, tema , objetivos, fecha de entrega, marco teórico, tabla de datos, resultados de medidas, evaluación, conclusiones, recomendaciones, bibliografía. Además anexado a este folleto se encuentra un documento en el cual se detalla las secciones que debe contener un informe.

El informe debe incluir marco teórico sobre el tema de la práctica realizada. Los gráficos se deben realizar en papel milimetrado y deben poseer:

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE FÍSICA I Página 3

Título del gráfico. Nombre de la variable independiente (eje x), unidades, escala. Nombre de la variable dependiente (eje y), unidades, escala. Puntos correspondientes a los datos experimentales. Curva de regresión que mejor se ajuste a los datos experimentales (tiene

relación con un análisis de regresión) Las conclusiones son obligatorias y deben tener relación con los objetivos y

los resultados obtenidos. Las recomendaciones son opcionales; pero deben tener relación con el

mejoramiento de la práctica. La bibliografía es obligatoria y debe contener el nombre del autor, el nombre

del libro, la editorial, el país, la ciudad, el año y el número de la página consultada.

En caso de ser consulta de una página web, se la debe nombrar completamente.

Queda prohibido copiar textualmente la información, ya sea de libros, revistas, papers o de páginas web.


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En caso de que en el informe se pida realizar una consulta, la misma debe ser lo más concreta y clara posible.

6. Respecto a las defensas y coloquios

Se debe preparar la defensa de la práctica que se entrega. Todas las prácticas tienen informe y defensa El estudiante debe venir preparado obligatoriamente para rendir coloquio

respectivo a la práctica a realizarse. Es requisito indispensable traer el trabajo preparatorio contestado para poder

realizar la práctica. 7. Respecto a la práctica Cada estudiante debe traer la hoja de datos para realizar el laboratorio, la misma que se incluirá al final del informe. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE FÍSICA I Página 4

Se debe tener cuidado con las fuentes de alto voltaje, en las prácticas que se requiera.

La manipulación de los aparatos de medida deben ser supervisados por el ayudante a cargo.

Si no está seguro de lo que está haciendo, pregunte al profesor a cargo. Una vez concluida la práctica se debe entregar la hoja de datos al profesor a

cargo. No se debe jugar, ni ingerir alimentos en los laboratorios. Cualquier daño causado a los equipos por parte de los alumnos por descuido

o desconocimiento, el alumno deberá sujetarse a los reglamentos establecidos en la EPN.

8. Respecto a las sanciones Queda terminantemente prohibido por parte del alumno llevarse el informe y

peor aun la carpeta que contenga los informes del laboratorio. La sanción asignada para dicho evento corresponde a descuento del 50% de la nota bimestral.

Los estudiantes que no entreguen el informe en el horario que corresponda tendrán una sanción del 10% por cada día de atraso.

Los estudiantes que sean sorprendidos copiando en la defensa tendrán la nota de 0 y no podrán realizar la práctica de ese día.

Si se encuentra copias parciales o totales de un informe, tendrán la nota de 0. Si en el coloquio el estudiante obtuviera una nota menor al 50%,

automáticamente tendría que salir del laboratorio y realizar una solicitud dirigida al instructor a cargo para poder recuperar la práctica.

Si en la defensa el estudiante obtuviera una nota menor al 50%, automáticamente el

informe tendrá una calificación de 0. 9. Respecto a la revisión de las prácticas y defensas

Los alumnos deben acercarse a revisar sus prácticas y defensas en los horarios correspondientes de cada Instructor de laboratorio que están publicadas en la cartelera.

Si existe alguna duda para la realización de los informes los instructores les ayudaran en los mismos horarios.


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PRÁCTICA N° 0

REGRESION LINEAL Y ERRORES

0.1. OBJETIVOS • Aplicar el método de la regresión lineal, para obtener modelos matemáticos

que describa los fenómenos físicos.

• Recordar los distintos tipos de errores que pueden ocurrir en la realización de un experimento

0.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA En la realización de las prácticas del laboratorio se pueden cometer distintos tipos de errores que pueden ocasionar tomar mediadas erróneas, por ende llegar a resultados inadecuados; conocer estos errores permitirá tomar medidas para contrarrestar su impacto en los resultados. Elegir el modelo matemático adecuado facilita el análisis de los resultados y permite una mejor comprensión de la práctica.

0.3. TEORÍA

0.3.1. ERRORES

Al error se lo puede considerar como una estimación o cuantificación de la incertidumbre de una medida. Al realizar las mediciones los valores obtenidos no son exactamente iguales, a pesar de realizar la medida baja las mismas condiciones, es decir con el mismo equipo, la misma persona, el mismo método y el mismo ambiente.

0.3.1.2. Errores sistemáticos

Los errores sistemáticos son causados por uso de instrumentos defectuosos o en condiciones que no fueron diseños, otra causa es emplear métodos inadecuados.

Por ejemplo, emplear una regla metálica a una temperatura muy alta, puede introducir un error sistemático si la dilatación del material hace que su longitud sea mayor que la nominal.

Los errores sistemáticos son equivocaciones que pueden y deben evitarse, empleando métodos e instrumentos de medida correctos y adecuados a los fines que se deseen obtener.


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0.3.1.3. Errores Accidentales o Aleatorios

Son incertidumbres debidas a numerosas causas incontrolables e imprevisibles que dan lugar a resultados distintos cuando se repite la medida en condiciones idénticas.

Estos errores son ocasionados por la acumulación de muchas incertidumbres sistemáticas incontrolables como también pueden provenir de variaciones intrínsecamente aleatorias a nivel microscópico.

0.3.1.4. Expresión de los errores

• Error absoluto • Error relativo • Cifras significativas

0.3.1.5. Error Absoluto

El error absoluto está definido por el valor absoluto de la diferencia entre el valor leído y el valor real

rla VVe −=

Vl Valor leído

Vr Valor real

0.3.1.6. Error Relativo

El error relativo es la relación del error absoluto con respecto al valor real

r

rl

rV

VVe

−=

0.3.2. ANÁLISIS DE REGRESIÓN LINEAL

La regresión lineal es un método que nos permite obtener una función ( )xfy =

que mejor se ajuste a los datos obtenidos experimentalmente.

Permite tener una relacionar de las variables dependientes con las variables independientes. El modelo viene expresado por:

exaxaxaay m

m ±++++= .....2

210 (1)

Y variable dependiente

x variable independiente

a coeficientes


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e desviación estándar o error medio de la regresión

Para identificar el comportamiento lineal o no lineal de las variables, se calcular el coeficiente de correlación r definido de la siguiente manera:

yx

xy

SS

Sr =

(2)

Sxy es la covarianza de la muestra

Sx varianzas de los valores de x

Sy varianzas de los valores de y

La covarianza de la muestra Sxy y las varianzas (Sx y Sy) están dadas por las siguientes expresiones:

( )( )∑

=

−−−

=n

i

iixy yyxxn

S11

1&&

(3)

( )

( )∑

∑

=

=

−−

=

−−

=

n

i

iy

n

i

ix

yyn

S

xxn

S

1

2

1

2

1

1

1

1

(4)

x Media aritmética de los datos de x

y Media aritmética de los datos de y

El orden del polinomio esta dado por la función que más se ajuste a los datos, para estos es de importancia determinar el error de la regresión.

Una vez determinado el orden del polinomio se debe plantear las ecuaciones, para luego poder determinar el valor numérico de los coeficientes; las ecuaciones están dada a continuación un arreglo de matrices.

=

∑

∑∑∑

∑∑∑∑

∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑

=

=

=

=

==

+

=

+

=

=

+

===

=

+

===

===

n

i

m

n

i

n

i ii

n

i i

mn

i

m

i

n

i

m

i

n

i

m

i

n

i

m

i

n

i

m

i

n

i i

n

i i

n

i i

n

i

m

i

n

i i

n

i i

n

i i

n

i

mn

i i

n

i i

i

i

i

x

x

xy

y

a

a

a

a

xxxx

xxxx

xxxx

xxxn

1

1

2

1

1

2

1

0

1

2

1

2

1

1

1

1

2

1

4

1

3

1

2

1

1

1

3

1

2

1

11

2

1

MM

L

MOMMM

L

L

L

(5)


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0.3.2.1. Regresión Lineal Simple

Para un polinomio de primer grado la función es:

exaay ±+= 10 (6)

Donde la matriz se reduce a la siguiente forma:

=

∑∑

∑∑∑

=

=

==

=n

i ii

n

i io

n

i i

n

i i

n

i i

xy

y

a

a

xx

xn

1

1

11

2

1

1

(7)

0.3.2.2. Error Medio De La Regresión

El error medio de la regresión esta dado de la siguiente manera:

( )n

yye

n

i ii∑ =−

= 1

2*

(8)

Vexp el valor tomado o calculado durante el experimento

Vreal el valor teórico o de referencia para asegurar el éxito del experimento

0.4. Ejemplos

0.4.1. Ejemplo Práctico 1

Para realizar el análisis de regresión, es conveniente seguir los siguientes pasos:

1. Realizar un gráfico que nos dé una idea del tipo de relación que puede existir. 2. calcular el coeficiente de correlación. 3. según el valor de r, plantear el polinomio más conveniente. 4. Calcular el error de regresión.

Si hay dudas respecto al grado del polinomio, debe plantearse polinomios de diferentes grados y escoger el que menor error de regresión produzca.

Veamos un ejemplo para una regresión con los datos del cuadro (1), como tenemos 6 datos entonces n=6.


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n xi yi

1 0.8 2.9

2 2.1 4.2

3 3.8 5.0

4 4.2 5.9

5 5.1 7.1

6 5.9 7.8

Cuadro1. Datos para el ejemplo de regresión

Figura1: Gráfico de los datos de la tabla (1)

El gráfico nos da la idea de que la tendencia es lineal. El siguiente paso es calcular el coeficiente de correlación r dado por la ecuación (2) y para los datos de esta tabla tenemos que:

r=0.9836

Este valor de r es cercano a 1 por lo que podemos realizar una regresión lineal entonces usamos la matriz (7):

=

15.137

9.32

95.979.21

9.216

1

0

a

a

resolviendo este sistema llegamos a:

a0=2.03

a1=0.95

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8

varia

ble

y

variable x

y=f(x)


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con estos valores el polinomio de regresión queda así:

xy 95.003.2 +=

Ahora bien, el último paso es calcular la desviación estándar muestral mediante la ecuación (8):

e=0.30

Por lo tanto la ecuación final de regresión queda de la siguiente manera:

30.003.295.0 ±+= xy

0.3.2. Ejemplo Práctico 2

Se desea calcular experimentalmente el coeficiente de dilatación lineal de una varilla

de aluminio con una longitud inicial de 200 mm de largo a una temperatura de 15 °C.

En el experimento se tomaron los valores de temperaturas y longitudes respectivas

, expresados en la siguiente tabla.

Tf ( C) Lf (cm) 25 20.01 50 20.02 75 20.03

100 20.04 125 20.05

Resolución

La ecuación de la dilatación lineal esta dado por TLoL ∆=∆ **α

Se debe crear una tabla datos donde contenga los valores de ∆L y ∆T para proceder

a realizar la regresión lineal

∆L ( cm)

∆T (C)

0.01 10 0.02 35 0.03 60 0.04 85 0.05 110


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La variable independiente es la diferencia de temperatura y la variación de longitud es

la variable dependiente.

N ∆T ∆L (∆T-∆Tm)2 (∆L-∆Lm)2 (∆T-∆Tm) (∆L-∆Lm) ∆T 2 ∆T* ∆L 1 10 0.01 2500 0.0004 1 100 0.1

2 35 0.02 625 0.0001 0.25 1225 0.7

3 60 0.03 0 4.8148E-35 0 3600 1.8

4 85 0.04 625 1E-04 0.25 7225 3.4

5 110 0.05 2500 0.0004 1 12100 5.5

Suma 300 0.15 6250 0.001 2.5 24250 11.5

( )( ) 625.05.2*4

1

1

1

1

==∆−∆∆−∆−

= ∑=

n

i

iixy LLTTn

S

( )

( ) 0158.0001.04

1

1

1

528.3962504

1

1

1

1

2

1

2

==−−

=

==−−

=

∑

∑

=

=

n

i

iy

n

i

ix

yyn

S

xxn

S

linealrelaciónunaesSS

Sr

yx

xy ∴=== 10158.0*528.39

625.0

=

=

∑∑

∑∑∑

=

=

==

=

5.11

15.0

24250300

3006

1

1

1

11

2

1

1

a

a

xy

y

a

a

xx

xn

o

n

i ii

n

i io

n

i i

n

i i

n

i i

Resolviendo este sistema llegamos a:

a0=0.006

a1=0.0004

con estos valores el polinomio de regresión queda así:


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006.00004.0

0004.0006.0

+∆=∆

+=

TL

xy

Calculo del error

y* (y-y*)2 0.01 0 0.02 0 0.03 0 0.04 0 0.05 0

suma 0

( )01

2*

=−

=∑ =

n

yye

n

i ii

Determinación del coeficiente de Dilatación

α

α

*

**

LoT

L

TLoL

=∆∆

∂

∆=∆

Donde T

L

∆∆

∂ es la pendiente ao obtenida en la regresión lineal que representa la

longitud inicial multiplicada por el coeficiente de dilatación lineal.

aluminio del lineal dilatacion de ecoeficient el es 0.00002

*200004.0

*

∴=

=

=∆∆

∂

αα

αLoT

L


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TRABAJO PREPARATORIO

PRÁCTICA Nº 1

1. TEMA: EQUILIBRIO TÉRMICO

2. OBJETIVOS

Al final de la práctica el estudiante será 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.

3. CONSULTA

3.1 Revise y haga un resumen de la teoría de la Ley de Equilibrio Térmico(máximo 1 página)

3.2 Defina qué es Calor y su influencia en la ley de conservación de la energía. 3.3 Consulte y dibuje la gráfica de temperatura de dos cuerpos en contacto de

diferente temperatura inicial en función del tiempo, y analícela. 3.4 Describa la forma de transferirse calor. Citar ejemplos de cada uno 3.5 Describa qué 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.


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PRÁCTICA Nº 1

EQUILIBRIO TÉRMICO 1.1. OBJETIVOS Al final de la práctica el estudiante será 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 La ley de la conservación de la energía mecánica es utilizada para estudiar sistemas conservativos, como por ejemplo, las oscilaciones de un resorte. Sin embargo, en casos reales después de un tiempo suficientemente largo se observa que el resorte oscila, con menor amplitud, hasta detenerse por completo. La energía mecánica se ha disipado debido al rozamiento con el aire. Para analizar este tipo de fenómenos en los que aparentemente no se cumple la ley de conservación de la energía se debe introducir una nueva forma de energía, el calor. Para estudiar una de las leyes del calor, llamada del equilibrio térmico, se utilizan dos envases que contienen líquidos a diferente 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.


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Donde: k = es la constante de proporcionalidad 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 contiene el agua fría ζ = es la constante de enfriamiento. 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 Matraz Erlenmeyer, 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. Colocar los 2 termómetros análogos 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.

1.5.3 Colocar un termómetro digital en el matraz Erlenmeyer y el otro en el vaso de precipitados de 400ml.


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1.5.4. Poner 100ml de agua fría en el matraz Erlenmeyer. 1.5.5 Calentar 160ml de agua a unos 80°C en el vaso de precipitados de 250ml 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. 1.7. REALIZACIÓN 1.7.1. Medir la temperatura del agua caliente y del agua fría con los termómetros

digital y análogo en intervalos de 30 s hasta un tiempo de 5 minutos; y anotar en la tabla de datos.

1.7.2. Leer después de 10 minutos un último valor de las temperaturas. Tabla de Datos


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TERMÓMETRO ANÁLOGO DIGITAL

t(min) TC(ºC) TF(ºC) TC(ºC) TF(ºC)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

10.0

1.8. INFORME 1.8.1 FUNDAMENTO TEÓRICO

• Definiciones de: Calor, Energía Interna, Energía Térmica y Temperatura.

• Ley del Equilibrio Térmico.

• Leyes de la termodinámica. 1.8.2 TRATAMIENTO DE DATOS 1.8.2.1. Trazar dos gráficos (en papel milimetrado) de las cuatro temperaturas del

agua en función del tiempo. En el primer grafico debe incluir las temperaturas del agua caliente y en el segundo grafico la temperatura del agua fría. Describir las curvas de las temperaturas.

1.8.2.2 Trazar dos gráficos (en papel milimetrado) de la diferencia de temperaturas (TC – TF) en función del tiempo, el primer grafico se lo realiza con los datos de los termómetros análogos y el segundo grafico se toma los datos de los termómetros digitales. Describir que sucede con la diferencia de temperatura conforme pasa el tiempo.


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1.8.2.3. Realizar los gráficos del logaritmo de la diferencia de temperaturas en función del tiempo (en papel semi-logarítmico) para los valores obtenidos con los instrumentos digitales y otro para los valores obtenidos con los instrumentos análogos. Nota: Se debe escoger la escala logarítmica en el eje de la diferencia de temperaturas.

1.8.2.4. Realizar un análisis de regresión lineal del logaritmo de la diferencia de temperaturas en función del tiempo, con los valores de los termómetros digitales y otra regresión para los valores de los termómetros análogos. Determinar el valor de la pendiente para las dos regresiones. Responder: ¿Qué representa esta pendiente?

1.8.2.5. Calcular el error medio y el error relativo en la realización del análisis de regresión lineal.

1.8.3 APLICACIONES 1.8.4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1.8.5 BIBLIOGRAFÍA 1.9. CUESTIONARIO 1.9.1. ¿Se mantiene constante en el tiempo las diferencias de temperatura? ¿Por

qué? 1.9.2. ¿Cuáles son las dos temperaturas del agua después de un tiempo muy largo?

¿Por qué? 1.9.3. ¿De qué depende la rapidez de la variación de las temperaturas? Explique. 1.9.4. Describa las curvas de temperatura con los conceptos “calor” y “energía

interna”. 1.9.5. ¿Hubiera sido diferente la curva de temperatura si durante la serie de

mediciones se hubiera agitado el agua de uno o de los dos recipientes? Explique.

1.9.6. ¿La constante de enfriamiento será diferente si durante la práctica se utiliza otro tipo de instrumentos para tomar los valores de la temperatura?

1.9.7. ¿Por qué el calor no puede fluir del cuerpo con menor temperatura al de mayor temperatura?

1.9.8. ¿Si la práctica se realizaría en el vacío, habría alguna diferencia? ¿Por qué? 1.9.9. ¿Cómo continuaría la gráfica de las temperaturas de los dos cuerpos en

contacto luego de un tiempo muy largo, por ejemplo dos horas? Tome en cuenta que los objetos se encuentran en contacto con el medio ambiente.

1.9.10. ¿Por qué los termómetros de mercurio deben permanecer algún tiempo dentro de la boca para medir la temperatura corporal? ¿Por qué deben estar debajo de la lengua?


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PRÁCTICA Nº 2

1. TEMA: DILATACIÓN TÉRMICA DE SOLIDO

2. OBJETIVOS


• Demostrar la dilatación lineal de un sólido en función de la temperatura.

• Determinar el coeficiente de dilatación lineal para un sólido.

• Entender como ocurre la dilatación térmica en sólidos.

3. CONSULTA

3.1. Revise y haga un resumen de la teoría de Dilatación Térmica de Sólidos (máximo 1 página).

3.2. Describa la Dilatación térmica lineal, superficial y volumétrica.



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PRÁCTICA Nº 2

DILATACIÓN TÉRMICA DE SÓLIDOS 2.1. OBJETIVOS Al final de la práctica el estudiante será capaz de:

• Demostrar la dilatación lineal de un sólido en función de la temperatura.

• Determinar el coeficiente de dilatación lineal para un sólido.

• Entender como ocurre la dilatación térmica en sólidos.

2.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Vamos a determinar los coeficientes de dilatación lineal de tres tubos metálicos (aluminio, uno latón y acero) para provocar la dilatación de los elemento se pasa vapor de agua condensada través de los tubos. Para obtener una medida más amplia de la dilatación producida se cuenta con una aguja de eje móvil. 2.3. TEORIA

Dilatación térmica.

La dilatación de los sólidos con el aumento de la temperatura ocurre porque aumenta la energía térmica y esto hace que aumente las vibraciones de los átomos y moléculas que forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones de equilibrio más alejadas que las originales. Este alejamiento mayor de los átomos y de las moléculas del sólido produce su dilatación en todas las direcciones.

Una elevación de temperatura aumenta la vibración de las moléculas de los sólidos alrededor de sus posiciones de equilibrio, pero también las puede desplazar, lo que explica la dilatación térmica de los sólidos. La variación lineal de una varilla es:

α coeficiente de dilatación lineal. l0 longitud inicial. T0 Temperatura inicial. T1 Temperatura final.

)(** 010 TTll −=∆ α


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2.4. MATERIALES Varilla soporte, 600 mm\ Trípode variable Varilla soporte, 250 mm\ Nuez doble Aro con nuez Rejilla con porcelana Pinza universal Nuez de Presión Tubo de Metal, juego de 3 Eje Móvil con aguja Vaso de precipitados, 250 ml. Matraz Erlenmeyer, 100 ml, SB

29 Tubo de vidrio, 80 mm, Tapón de goma SB 29, 1 orificios Tubo de Vidrio transparente,

7x1.5 Multímetro con medidor de

temperatura Termocupla para el multímetro Termómetro de Alcohol, T50, -

10...+110°C Cinta métrica, 2 m Mechero de butano Cartucho de butano Glicerina Cerillas Paño Tijeras Cinta adhesiva

2.5. MONTAJE 2.5.1. Montar el material de soporte según la figura 1 2.5.2. Colocar la nuez de presión en la entalladura del tubo de aluminio (parte de la

salida). 2.5.2. Colocar la entalladura del otro extremo del tubo en la nuez doble. 2.5.3. El tubo metálico debe quedar ligeramente inclinado, para que pueda salir el

vapor de agua condensado, para eso; coloca la nuez doble del extremo de salida tocando la nuez de presión.

2.5.4. Colocar el eje móvil con aguja entre la nuez doble y la nuez de presión. 2.5.5. Ajustar la altura del tubo metálico de forma que la punta de la aguja se

encuentre lo más cerca posible de la mesa. 2.5.6. Poner el vaso de precipitados debajo de la salida del tubo. 2.5.7. Llenar hasta la mitad con agua el matraz Erlenmeyer, y echar 2 piedrecitas. 2.5.8. Colocar el tubo de vidrio en el tapón, y tapar el matraz Erlenmeyer. 2.5.9. Empalmar el tubo flexible de modo que no se pueda quedar agua condensada

antes del tubo de metal.


Figura 2.1 Esquema de la Práctica

Figura 2.2 Escala de lectura de ángulos2.6. PRECAUSIONES

• Introducir siempre con glicerina los termómetros y tubos de vidrio en los tapones de goma.

• Al calentar el agua, el aro y la rejilla se ponen muy calientes.

• El tubo de metal está caliente, por su extremo sale vapor de agua.

• Al realizar el experimenmuy sensible y se puede desviar.

2.7. REALIZACIÓN 2.7.1. Sujetar sobre la mesa un trozo de papel (aprox. 5cm x10 cm), debajo de la

punta de la aguja. 2.7.2. Poner la aguja vertical, y marcar en el papel 2.7.3. Medir la longitud de la aguja desde su eje de giro hasta la superficie de la

mesa. 2.7.4. Esta longitud deberá ser de l= 10.5 cm.

Esquema de la Práctica Dilatación Térmica de Sólidos

Figura 2.2 Escala de lectura de ángulos

Introducir siempre con glicerina los termómetros y tubos de vidrio en los

Al calentar el agua, el aro y la rejilla se ponen muy calientes.

El tubo de metal está caliente, por su extremo sale vapor de agua.

Al realizar el experimento no se debe tocar el montaje, porque la aguja es muy sensible y se puede desviar.

2.7.1. Sujetar sobre la mesa un trozo de papel (aprox. 5cm x10 cm), debajo de la

2.7.2. Poner la aguja vertical, y marcar en el papel su posición inicial. 2.7.3. Medir la longitud de la aguja desde su eje de giro hasta la superficie de la

.7.4. Esta longitud deberá ser de l= 10.5 cm.

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Dilatación Térmica de Sólidos

Introducir siempre con glicerina los termómetros y tubos de vidrio en los

El tubo de metal está caliente, por su extremo sale vapor de agua.

to no se debe tocar el montaje, porque la aguja es

2.7.1. Sujetar sobre la mesa un trozo de papel (aprox. 5cm x10 cm), debajo de la

2.7.3. Medir la longitud de la aguja desde su eje de giro hasta la superficie de la


Página 24

2.7.5. Medir la temperatura ambiente to y anotar el valor 2.7.6. Prender el mechero y hervir el agua. 2.7.7. Esperar hasta que salga agua condensada y vapor por el tubo de metal. 2.7.8. Observar la aguja hasta que deje de moverse, a continuación marcar la

posición de la aguja (segmento s de la figura 2a; prolonga la aguja hasta el papel).

2.7.9. Separar el mechero y esperar a que se enfríe algo el tubo, y repite el experimento con otros tubos

TABLA DE DATOS

Tabla 3.1

Material S (cm)

( ° ) ∆l (cm)

Aluminio

Latón

Acero

Tabla 3.2

2.8 INFORME 3.8.1. FUNDAMENTO TEÓRICO 3.8.2. TRATAMIENTO DE DATOS 3.8.2.1. Determinar el ángulo φ a partir del valor de s utilizando la escala de la figura

3.2 3.8.2.2. Calcular la dilatación ∆l de los distintos tubos metálicos (utilizar la relación

)

ϕ

°⋅⋅=∆ 360/22/ ϕπ rl

L0

(cm)

R

(cm)

l (cm) T1

(°C)

T0

(°C)

Aluminio 50 0.2 10.5

Latón 50 0.2 10.5

Acero 50 0.2 10.5


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2.8.2.3. Calcular el coeficiente de dilatación para cada elemento y determinar el error relativo.

2.8.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 2.8.4. BIBLIOGRAFÍA 2.9. CUESTIONARIO 2.9.1. Cuando es conveniente utilizar materiales que presente coeficientes de

dilatación altos y pequeños mencione un ejemplo para cada caso 2.9.2. Se tiene un vaso de vidrio dentro del mismo se introduce agua muy caliente

¿Qué pasaría si se llena completamente el vaso? ¿Qué sucederá cuando el vaso el llenada hasta la mitad?

2.9.3 La longitud de un cable de aluminio es de 20 m a 20°C. Sabiendo que el cable

es calentado hasta 50 °C y que el coeficiente de dilatación lineal del aluminio es de 24*10-6 1/°C. Determinar: a) la longitud final del cable y b) la dilatación del cable.

2.9.4. En el centro de una plancha de hierro (γ = 0,000015 °C-1) de 1m2 de área que

está a 25°C hay un agujero de 0,01mm2 ¿Cuanto se debe variar la temperatura de la plancha hasta que el agujero se cierre por completo? ¿La temperatura deberá aumentar o disminuir?

2.9.5. ¿Por qué para aflojar una tapa metálica de un frasco de vidrio la introducimos en agua caliente?

2.9.6. ¿Por qué suenan los muebles de madera de las casas por las noches?

2.9.7. La plataforma de la figura es horizontal y está apoyada en una columna de hierro y la otra columna está compuesto por aluminio y un material desconocido. Determinar el coeficiente del material desconocido para mantener la plataforma horizontal. Si a 0 °C la longitud de las columnas son las siguientes: hierro=L, aluminio=2L/3 y material desconocido = L/3 además se sabe que α hierro = 12*10-6 1/°C y α aluminio = 24*10-6 1/°C.


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PRÁCTICA Nº 3

1. TEMA: DILATACIÓN TÉRMICA DE LÍQUIDOS

2. OBJETIVOS


• Determinar el coeficiente de dilatación volumétrica de un líquido.

• Explicar cómo se comportan los líquidos ante la variación de temperatura.

• Explicar cómo se utiliza la dilatación térmica de líquidos para construir un termómetro.

3. CONSULTA

3.1. Defina qué es el coeficiente de dilatación térmica volumétrica y describa qué representa físicamente.

3.2. Consulte y dibuje la gráfica de variación de volumen del agua en función de variación de la temperatura y la gráfica de variación de volumen del alcohol etílico en función de variación de la temperatura. Describa las gráficas.

3.3. Describa 3 aplicaciones reales en las que se utiliza Dilatación Térmica de líquidos.



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PRÁCTICA Nº 3

DILATACIÓN TÉRMICA DE LÍQUIDOS 3.1. OBJETIVOS Al final de la práctica el estudiante será capaz de:

• Determinar el coeficiente de dilatación volumétrica de un líquido.

• Explicar cómo se comportan los líquidos ante la variación de temperatura.

• Explicar cómo se utiliza la dilatación térmica de líquidos para construir un termómetro.

3.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Queremos saber si es que el alcohol etílico presenta una dilatación térmica volumétrica. Si es que la presenta, conocer de qué forma varía su volumen en función de la temperatura (lineal, cuadrática, exponencialmente, etc.), y determinar el coeficiente de dilatación volumétrica. 3.3 TEORÍA Observaremos qué sucede con el volumen del alcohol etílico a medida que su temperatura aumenta, comprobando o no su dilatación térmica. La variación del volumen de un cilíndrico es:

Donde, d es el diámetro del tubo y ∆l es la variación de la longitud del mismo.

3.4. MATERIALES

Trípode variable Varilla soporte, 600 mm Nuez doble Aro con nuez Rejilla con porcelana Pinza universal Vaso de precipitados, 250 ml. Matraz Erlenmeyer, 100 ml Tubo de vidrio, 250 mm, Pipeta con caperuza de goma Tapón de goma SB 29, 2

orificios

Multímetro con medidor de temperatura

Termocupla para el multímetro Termómetro de Alcohol, T100, -

10...+110°C Cinta métrica, 2 m Probeta graduada, 100 ml,

plástico Mechero de butano Cartucho de butano Glicerina Cerillas Alcohol y Roturador


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3.5. MONTAJE 3.5.1. Montar el material de soporte según el esquema de la práctica 3.5.2. Colocar el termómetro de alcohol en uno de los tres orificios del tapón, de

forma que sobresalga todo el vástago. Asimismo se debe colocar la termocupla en el otro orificio

3.5.3. Colocar también el tubo de vidrio en el tapón, de manera que quede por debajo del tapón de goma.

Figura 2.1 Esquema de la Práctica Dilatación Térmica de Líquidos

3.6. PRECAUCIONES

• Introducir siempre los termómetros y tubos de vidrio con glicerina en los tapones de goma, caso contrario se pueden romper.

• Al calentar el agua. el aro y la rejilla se ponen muy calientes, por ende no tocarlos directamente.

• Tener mucho cuidado en el manejo del alcohol, evitar que este se derrame sobre la llama ya que este es un líquido muy inflamable.

3.7. REALIZACIÓN 3.7.1. Poner en el matraz Erlenmeyer una cantidad de alcohol medida (con la

probeta), de forma que quede unos 0,5 cm por debajo del borde, y anotar este volumen en la tabla.


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3.7.2. Cerrar el matraz Erlenmeyer con el tapón. No debe derramarse alcohol, ni quedar por debajo del tapón.

3.7.3 Colocar el matraz Erlenmeyer en el vaso de precipitados y sujetarlo con la pinza universal, de forma que quede lo más profundo posible (Ver esquema). 3.7.4. Llenar completamente de agua el vaso de precipitados. 3.7.5. Marcar el nivel de alcohol con un lápiz. 3.7.6. Leer la temperatura inicial del alcohol y anotar en la tabla de datos. 3.7.7. Calentar el agua con la llama baja. Leer la variación del nivel del alcohol ∆l y

la temperatura aproximadamente cada 5°C hasta los 60°C, y anotar los valores en la tabla de datos.

TABLA DE DATOS

Volumen Inicial Vo = (cm3)

T(ºC) ∆l (cm) ∆T(ºC) ∆V(cm3)

Analógico Digital Analógico Digital

Tinicial= Tinicial= 0 0 0 0

3.8 INFORME 3.8.1. FUNDAMENTO TEÓRICO

• Escalas de temperatura para los termómetros: Fahrenheit, Celsius y Kelvin. Además de sus formas de conversión entre ellos.


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3.8.2. TRATAMIENTO DE DATOS 3.8.2.1 Completar la tabla de datos (El diámetro interior del tubo de vidrio es d= 0.5

cm) y realizar dos gráficos de la variación del volumen en función de la variación de la temperatura, un gráfico por termómetro utilizado. ¿Qué relación existe entre el incremento de volumen y el de la temperatura?

3.8.2.2 Determinar gráficamente la pendiente de las rectas y a partir de estas determina el valor del coeficiente de dilatación volumétrica del alcohol.

3.8.2.3 Realizar el análisis de regresión lineal de las dos curvas. Determinar el coeficiente de dilatación volumétrica del alcohol a partir de la pendiente de las rectas obtenidas en la regresión lineal.

3.8.2.4. ¿Qué método (Gráfico o análisis de la regresión lineal) dio un mejor resultado para el cálculo del coeficiente de dilatación volumétrica del alcohol? Calcular el error relativo para cada caso y compararlos.

3.8.2.5. ¿Con qué termómetro se obtuvo una mejor aproximación al valor real del coeficiente de dilatación volumétrica? ¿Por qué?

3.8.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 3.8.4. BIBLIOGRAFÍA 3.9. CUESTIONARIO 3.9.1. ¿Por qué no se utilizó agua en lugar de alcohol para la realización de esta

práctica? ¿La Dilatación Volumétrica del agua es lineal? 3.9.2. ¿Por qué no se usan termómetros de alcohol para medir temperaturas de más

de 80 °C? 3.9.3. ¿Por qué son diferentes las divisiones de escala de un termómetro de

mercurio que de otro de alcohol? 3.9.4. ¿Entre los materiales qué se usaron para la elaboración de la práctica cuáles

se dilatan menos durante el calentamiento? 3.9.5. ¿La burbuja de un nivel tiene mayor dimensión cuando hace calor o cuando

hace frío? ¿Por qué?

3.9.6 En que se diferencia la dilatación de solido con la de líquidos


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PRÁCTICA Nº 4

1. TEMA: TRANSPORTE DE CALOR

2. OBJETIVOS


• Determinar el coeficiente de conductividad térmica específica λ de un metal.

• Explicar cómo se comportan los metales (en función de sus dimensiones) en contacto con cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas.

3. CONSULTA

3.1 Revise y haga un resumen de la teoría de Flujo Térmico (máximo 1 página).

3.2 Defina qué es el coeficiente de conductividad térmica específica λ y describa

qué representa físicamente. 3.3 Consulte y dibuje la gráfica de la temperatura en función del tiempo, de dos

cuerpo que se encuentra en contacto a través de una varilla metálica, y analícela.

3.4 ¿La conductividad térmica específica de varias varillas del mismo material es la misma? ¿Si las varillas son de diferente tamaño el flujo de calor es el mismo?



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PRÁCTICA Nº 4

TRANSPORTE DE CALOR 4.1. OBJETIVOS Al final de la práctica el estudiante será capaz de:

• Determinar el coeficiente de conductividad térmica específica λ de un metal.

• Explicar cómo se comportan los metales (en función de sus dimensiones) en contacto con cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas.

4.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Se requiere saber si existe conducción de calor cuando se coloca una varilla metálica entre dos recipientes con agua a diferentes temperaturas. En el caso que exista conducción de calor, conocer si es que se pueden hallar varias relaciones cualitativas sobre la influencia del material, la longitud y el diámetro de la varilla sobre el flujo de calor. 4.3 TEORÍA El flujo térmico a través de una varilla metálica está en función de su longitud, su sección y la diferencia de temperatura entre sus extremos. El factor de proporcionalidad es la conductividad térmica específica λ del material, que la podemos hallar a partir de la siguiente relación:

Donde:

, es el flujo de calor por la varilla TC, es la temperatura del agua hirviendo TF, es la temperatura del agua fría A, es la sección de la varilla l, es la longitud de la varilla

4.4. MATERIALES

Trípode variable Varilla soporte, 250 mm Varilla soporte, 600 mm Nuez doble (2)

Soporte para tubos de vidrio Aro con nuez Rejilla con porcelana Pinza universal


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Agitador Copa, brillante Varilla de Al en U, d5 mm, b =

175 mm Varilla de Cu en U, d5 mm, b =



175 mm Vaso de precipitados, 250 ml Pipeta con caperuza de goma Multímetro con medidor de

temperatura

Termocupla para el multímetro Probeta graduada, 100 mI,

plástico Termómetro de Alcohol, T50, -

10...+110°C Cronómetro Cinta métrica, 2 m Mechero de butano Cartucho de butano Piedrecillas para fácil ebullición,

200 g Cerillas

4.5. MONTAJE 4.5.1. Montar el material de soporte según el esquema de la práctica. 4.5.2. Poner en el vaso de precipitados 200 ml de agua, y añadir dos piedrecillas

para fácil ebullición. 4.5.3. Colocar el aro con nuez y la copa brillante con la pinza universal de manera

que se pueda colocar entre los dos la varilla en forma de U, como se muestra en el esquema de la práctica.

4.5.4. Colocar el termómetro de alcohol y la termocupla de forma que su vástago y su punta de medida, respectivamente, quede aproximadamente 1 cm. por encima del fondo de la copa.

Figura 4.1 Esquema de la Práctica Dilatación Térmica de Líquidos


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4.6. PRECAUCIONES

• Al final del experimento las varillas metálicas en U están muy calientes, por tanto no cogerlas directamente.

• Se debe agitar regularmente el agua de la copa. 4.7. REALIZACIÓN 4.7.1. Por tratarse de una práctica muy larga, cada grupo realizará mediciones con 2

varillas y los datos tomados deben ser unificados con los del otro grupo para realizar el informe. Al principio no poner la varilla entre el vaso de precipitados y la copa.

4.7.2. Calentar el agua hasta que hierva, después bajar la intensidad de la llama. 4.7.3. Anotar en la tabla 1 el material, espesor d y la longitud b (ver Figura 4.2) de la

varilla metálica que se va a estudiar.

Figura 4.2 Dimensiones de la varilla metálica

4.7.4. Poner en la copa metálica 20 ml de agua (medir con exactitud con la probeta

y la pipeta). 4.7.5. Medir la temperatura del agua de la copa, y anotar en la tabla 1 en t = 0 [s]. 4.7.6. Colocar la varilla metálica con un brazo en el agua hirviendo y el otro en la

copa con agua fría, e inicializar el cronómetro. Nota: Se tiene que medir la longitud de las varillas sumergidas, ver figura 4.3.

4.7.7. Agitar regularmente el agua de la copa. 4.7.8. Medir cada minuto la temperatura del agua de la copa hasta los 12 minutos.

Figura 4.3 Dimensiones de la varilla metálica sumergida en agua


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TABLA DE DATOS Tabla 1

Material

Al Cu Cu Cu Al Cu Cu Cu

Diámetro (d)

Longitud (b)

Termómetro Analógico Digital

Tiempo [s] T (ºC) T (ºC) T (ºC) T (ºC) T (ºC) T (ºC) T (ºC) T (ºC)

0

60

120

180

240

300

360

420

480

540

600

660

720


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Tabla 2

Material d (mm) l = (b + S1 + S2)(mm) Analógico Digital

∆T (ºC) ∆T (ºC)

Cu 5

Al 5

Cu 3

Cu 5

4.8. INFORME 4.8.1 FUNDAMENTO TEÓRICO

• Conductividad térmica específica y densidad del Aluminio y del Cobre

• Propagación del Calor: conducción, convección y radiación.

• Conductores y aislantes de calor. 4.8.2 TRATAMIENTO DE DATOS 4.8.2.1. Completar la tabla 2 con los valores ∆T de todos los grupos de la sesión. 4.8.2.2. ¿Por qué aumenta muy poco la temperatura en los dos primeros minutos? 4.8.2.3. Hacer gráficos (en papel milimetrado) de la temperatura T (ºC) (obtenido

con el termómetro analógico y digital) en función del tiempo, t [s], para todas las varillas de cobre y de aluminio.

4.8.2.4. Realizar un análisis de regresión lineal de la temperatura en función del tiempo por cada varilla por termómetro (para el cobre y el aluminio, en total

ocho) y con la pendiente calcular el flujo de calor a partir de la siguiente

ecuación (donde c es la capacidad calorífica específica del material y m su masa).

4.8.2.5. Con el flujo de calor obtenido tanto del termómetro analógico como digital, calcular la conductividad térmica específica de las tres varillas de cobre. ¿Qué conclusiones puede sacar a partir de los resultados obtenidos?

4.8.2.6. ¿Cuál varilla de cobre conduce mejor el calor? Explique. 4.8.2.7. Con el flujo de calor calcular la conductividad térmica específica del

aluminio. ¿Qué metal (Cobre o aluminio) conduce mejor el calor? 4.8.2.8. Calcular el error relativo del coeficiente λ para el cobre y el aluminio,

deducido a partir de la toma de datos con el termómetro analógico y digital. ¿Con cuál termómetro se produjeron errores más grandes?. Comente los resultados.


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4.8.3 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 4.8.4 BIBLIOGRAFÍA 4.9. CUESTIONARIO 4.9.1. ¿Qué dimensiones de una varilla metálica tienen influencia sobre la cantidad

de calor que puede transmitir? 4.9.2. Formular en una expresión la relación entre las dimensiones de una varilla y

la cantidad de calor. 4.9.3. ¿Por qué hace más frío cuando sopla el viento? 4.9.4. ¿Por qué en el desierto cuando sopla el viento no hace frío? 4.9.5. Si los productos de una combustión son incombustibles como el vapor de

agua y el dióxido de carbono, entonces, ¿Por qué no se apaga a si misma la llama?

4.9.6. ¿Qué es el efecto invernadero?


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PRÁCTICA Nº 5

4. TEMA: CALOR Y ENERGÍA INTERNA

5. OBJETIVOS


• Determinar la capacidad calorífica específica de un líquido.

• Construir un calorímetro y explicar su utilidad en la medición de la capacidad calorífica específica de un líquido.

6. CONSULTA

6.1 Defina qué es capacidad calorífica y capacidad calorífica específica. Realice una comparación.

6.2 Defina qué es un calorímetro y su utilidad. 6.3 Consulte y dibuje la gráfica de la energía eléctrica de calentamiento en función

del incremento de temperatura. Describir las gráficas 6.4 ¿Es más fácil o más difícil calentar un cuerpo de una misma cantidad de masa

de menor que otro de mayor magnitud de capacidad calorífica específica?



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PRÁCTICA Nº 5 CALOR Y ENERGÍA INTERNA

5.1. OBJETIVOS

Al final de la práctica el estudiante será capaz de: • Determinar la capacidad calorífica específica de un líquido.

• Construir un calorímetro y explicar su utilidad en la medición de la capacidad calorífica específica de un líquido.

5.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Hasta ahora hemos visto que el calor fluye de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperaturas, del cuerpo de mayor temperatura al de menor hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que los 2 cuerpos tengan la misma temperatura. Ahora se requiere determinar si la cantidad de calor transferida es proporcional a la diferencia de temperatura del agua, para lo cual necesitamos fabricar un calorímetro. 5.3. TEORÍA La cantidad de calor transferida ∆Q es proporcional a la diferencia de temperatura ∆T. La relación entre estas 2 cantidades se la conoce como capacidad calorífica del material.

La capacidad calorífica no depende de la masa del material utilizado. Por eso es conveniente definir la capacidad calorífica específica, esta es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 grado la temperatura de cierta cantidad de sustancia.

La capacidad calorífica específica es una característica propia de la sustancia. Además sabemos que el calor se transmite por conducción, convección y radiación. Un calorímetro es un aislante térmico, no permite el intercambio de calor con el exterior. Para esta práctica será necesario medir el incremento de temperatura en función del tiempo y calcular la potencia del filamento, para lo cual vamos a utilizar las siguientes magnitudes: Masa del agua, m = v .ρ (densidad ρ = 1.00 g/ml).


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Potencia eléctrica del filamento P = V .I (V = voltaje aplicado, I = intensidad de corriente. Energía eléctrica del calentamiento Q = P.t. Su valor es igual a la cantidad de calor aportado al agua. 5.4. MATERIALES

Tapa para calorímetro Agitador Bobina calefactora con

casquillos Planchas de fieltro (2) Vaso de precipitados, 250 ml Vaso de precipitados, 400 ml Matraz Erlenmeyer, 250 ml,

cuello ancho Pipeta con caperuza de goma Probeta graduada, 100 ml,

plástico

Termómetro de Alcohol, T100, -10...+110°C

Multímetro con medidor de temperatura

Termocupla para el multímetro Cronómetro Multímetro (2) Cables, 50 cm., rojo, 10 A Cables, 50 cm., azul, 10 A Fuente de alimentación

5.5. MONTAJE 5.5.1. Montar un calorímetro (recipiente aislado) con dos vasos de precipitados (250

y 400ml) y las dos placas de fieltro. 5.5.2. Colocar el filamento con cuidado en la rendija de la tapa del calorímetro. 5.5.3. Poner el termómetro (8mm) y el agitador (5mm) en los orificios

correspondientes de la tapa. 5.5.4. No olvidar que la fuente de alimentación tiene que estar apagada.

Figura 5.1 Esquema de la Práctica Calor y Energía Interna


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5.6. PRECAUCIONES

• Cuando se aplique el voltaje de 12V, el filamento debe encontrarse en el

agua, de lo contrario se funde.

• El agua del calorímetro debe agitarse regularmente. 5.7. REALIZACIÓN 5.7.1. Llenar de agua el matraz Erlenmeyer (depósito). 5.7.2. Medir 100 ml de esta agua con la probeta (medir con precisión utilizando la

pipeta), y poner en el calorímetro. Anotar el volumen de agua. 5.7.3. Poner en el calorímetro la tapa, con el filamento, los termómetros y el

agitador. 5.7.4. Poner el multímetro en el alcance de 20 [A]. 5.7.5. Conectar el filamento con los cables a la salida de tensión alterna 12 [V] (AC)

(con la fuente de alimentación apagada), a través de los multímetros como se observa en la figura 5.2.

5.7.6. Medir la temperatura inicial T0 del agua con el termómetro digital y el análogo, luego anotar los valores en la tabla 1.

5.7.7. Encender la fuente de alimentación y al mismo tiempo inicializar el cronómetro.

5.7.8. Medir la temperatura del agua cada minuto hasta los 8 minutos con los dos instrumentos de media. Entre las lecturas agitar regularmente el agua. Anotar los valores en la tabla 1.

5.7.9. Durante el calentamiento medir la intensidad del circuito calefactor y la caída de voltaje en el filamento, anotar estos valores en la tabla 1.

5.7.10. Apagar la fuente de alimentación. 5.7.11 Repetir todo el procedimiento para un volumen de 200 ml.

Figura 5.2 Esquema de conexión de los multímetros.


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TABLAS DE DATOS Tabla 0

DATOS

Volumen [ml] 100 200

TO (ºC)

Digital

Análogo

I (Intensidad de Corriente) [A]

V (Voltaje) [V]

Tabla 1

Volumen

t (min)

T (ºC) T (ºC)

Digital Análogo Digital Análogo

1

2

3

4

5

6

7

8

Tabla 2.1


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Masa1 = P =

t [min] ∆T (ºC) Q [J] c [J/gºC]

Digital

c [J/gºC]

Análogo Digital Análogo

1

2

3

4

5

6

7

8

Media c = ________ _________

Tabla 2.2

Masa2 = P =

t [min] ∆T (ºC) Q [J] c [J/gºC]

Digital

c [J/gºC]

Análogo Digital Análogo

1

2

3

4

5

6

7

8

Media c = ________ _________

5.8. INFORME


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5.8.1 FUNDAMENTO TEÓRICO

• Definiciones de: Caloría y Calorimetría.

• Unidades de medida de Energía 5.8.2 TRATAMINETO DE DATOS 5.8.2.1. Completar la tabla 2.1 y tabla 2.2 y calcular los valores medios de la

capacidad calorífica específica. 5.8.2.2. Trazar los diagrama del incremento de la temperatura en función del tiempo

de calentamiento (En papel milimetrado). Describir las curvas. Determinar gráficamente la pendiente para cada recta y a partir de ella calcula la capacidad calorífica específica del agua.

5.8.2.3. Trazar los diagramas de la energía eléctrica de calentamiento en función del incremento de temperatura (en papel milimetrado). Describir las gráficas

5.8.2.4. Realizar el análisis de regresión lineal de la energía eléctrica de calentamiento en función del incremento de temperatura, para ello realizar primero el análisis con los valores del termómetro digital, luego hacerlo con los valores del termómetro análogo. Obtener la ecuación de la recta y a partir de la pendiente calcular la capacidad calorífica específica del agua; para cada análisis de regresión lineal. Nota: el tiempo debe estar en segundos.

5.8.2.5. ¿Qué método dio un mejor resultado para encontrar la capacidad calorífica específica del agua: la media, la pendiente de la diferencia de temperatura en función del tiempo o la regresión lineal de Q en función de la variación de temperatura ∆T? Calcular el error medio y el relativo para cada caso y compáralos.

5.8.3 APLICACIONES 5.8.4 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 5.8.5. BIBLIOGRAFÍA 5.9. CUESTIONARIO 5.9.1. ¿Qué error sistemático existe en la realización del experimento? ¿Qué

influencia tiene sobre la capacidad calorífica específica del agua que se obtiene? Realizar el balance completo de energía.

5.9.2. Formular en una expresión “cuanto-tanto” la relación entre la masa de agua a calentar y la energía de calentamiento.

5.9.3. ¿Qué relación existe entre energía de calentamiento e incremento de temperatura?


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5.9.4. ¿Cómo es posible que los termos aislantes mantengan calientes los líquidos calientes y fríos los líquidos fríos? (Recordar, el calor se transmite por conducción, convección y radiación)

5.9.5. ¿Por qué el agua es un buen agente de refrigeración para los radiadores de los carros?

5.9.6. ¿Por qué el agua apaga el fuego? 5.9.7. ¿Qué es más fácil de calentar una misma cantidad de grados: 1 kg de agua, 1

kg de hielo o 1 kg de vapor de agua? Consultar el calor específico de cada uno.


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PRÁCTICA Nº 6

7. TEMA: ELECTROSTÁTICA

8. OBJETIVOS


• Demostrar que los cuerpos conductores pueden acumular cargas, y que diferentes cuerpos acumulan distintas clases de cargas.

• Explicar con la lámpara de efluvios el tipo de carga que acumula la copa de Faraday.

• Explicar con el electroscopio cuando los cuerpos son conductores.

• Explicar cómo influye la llama sobre la carga eléctrica de los cuerpos. 9. CONSULTA

9.1 Revise y haga un resumen de la teoría de Electrostática (máximo 1 página). 9.2 Defina qué es carga eléctrica. 9.3 ¿Mediante qué procedimientos se pueden cargar los cuerpos? 9.4 ¿Mediante qué procedimientos se pueden descargar los cuerpos? 9.5 Defina qué son conductores y aislantes. Cite 3 ejemplos de cada uno 9.6 Describa 2 aplicaciones reales que se basan en la electrostática.



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PRÁCTICA Nº 6

ELECTROSTÁTICA 6.1. OBJETIVOS


• Demostrar que los cuerpos conductores pueden acumular cargas, y que diferentes cuerpos acumulan distintas clases de cargas.

• Explicar con la lámpara de efluvios el tipo de carga que acumula la copa de Faraday.

• Explicar con el electroscopio cuando los cuerpos son conductores.

• Explicar cómo influye la llama sobre la carga eléctrica de los cuerpos. 6.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Se requiere conocer dónde se acumular las cargas en la copa de Faraday, diferenciar entre materiales conductores y no conductores, y finalmente observar los efectos que produce una llama sobre un cuerpo cargado eléctricamente. 6.3 TEORÍA Esta práctica es demostrativa. Los objetos poseen carga eléctrica de 2 tipos, positiva y negativa (exceso de electrones). Cuando acercamos 2 objetos de igual tipo de carga estos tienden a repelerse, mientras que si acercamos 2 objetos con diferente tipo de carga, estos tienden a atraerse. Este es el principio básico para determinar donde se acumulan las cargas en la copa de Faraday. Sin embargo, no todos los objetos sienten esta atracción, de esta forma se los clasifica en conductores y no conductores. Los conductores por poseer un mayor número de electrones libres pueden conducir la electricidad, además, son capaces de almacenar carga eléctrica, este almacenamiento de carga se produce de varias formas, por ejemplo: por contacto o rozamiento, por nombrar las más conocidas. Para conocer qué efectos produce la llama sobre un cuerpo cargado, se cargará el electroscopio y se le acercará un cerillo encendido. 6.4. MATERIALES

Electroscopio con aguja metálica

Copa de Faraday, d = 40 mm, h = 75mm

Varilla de polipropileno, d = 8 mm, h=175 mm

Varilla acrílica, d = 8 mm, h = 175 mm

Placa de influencia


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Hoja de acetato Tapón de goma, orificio 7 mm Lámpara de efluvios Hoja de papel

Varilla estativa, d= 8 mm, l = 175 mm

Lámina conductora Cerilla

6.5. MONTAJE Experimento 1

Montar el electroscopio. La aguja debe quedar vertical, sin chocar, el eje va en las muescas (figura 1). Colocar la placa de influencia en la varilla de polipropileno, y la copa de Faraday en la varilla acrílica (figura 2). Introducir la varilla acrílica en el tapón de goma (figura 3).

Figura 1 Figura 2 Figura 3

Experimento 2

Colocar con cuidado la aguja en el electroscopio, y la copa de Faraday en el orificio superior del electroscopio, girándola, hasta que su parte inferior esté en contacto con el electroscopio (figura 4).


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Figura 4

Experimento 3

Colocar la aguja en el electroscopio y cárgalo, si está descargado, cárgalo con la varilla de polipropileno antes de cada parte del experimento.

Experimento 4

Montar el electroscopio, y fijar la placa de influencia en un extremo de la varilla de polipropileno. Al trabajar con el mechero o cerillas, no acercar la llama demasiado, ni demasiado tiempo, a los aparatos, para que no se tiznen. 6.6. REALIZACIÓN Experimento 1 6.6.1.1. Colocar la hoja de acetato sobre la mesa y frótala con la placa de influencia.

Después toca con la placa el electroscopio desde arriba. Observar la aguja. Repetir el proceso las veces necesarias hasta conseguir la desviación máxima de la aguja.

6.6.1.2. Tocar alternativamente con la placa de influencia tu mano y el electroscopio. Contar el número de veces que lo haces hasta que la aguja queda otra vez vertical.

6.6.1.3. Frotar con la placa de influencia la hoja de acetato, y tocar después con la placa la copa de Faraday. Repetir el proceso tres veces.

6.6.1.4. Descargar la placa de influencia y el electroscopio tocándolos con la mano. Tocar alternativamente con la placa de influencia la copa de Faraday el electroscopio.

6.6.1.5. Sacar la varilla acrílica del tapón de goma, y descargar la copa de Faraday. Cargar otra vez el electroscopio como en la parte 1 del experimento. Tocar alternativamente con la copa de Faraday tu mano y el electroscopio.


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Contar otra vez el número de veces que lo haces hasta que la aguja queda vertical. Anotar tus observaciones en (1).

Experimento 2

6.6.2.1. Cargar la copa de Faraday con la varilla de polipropileno y comprobar con la

lámpara de efluvios la clase de carga de la copa. 6.6.2.2. Repetir el experimento con la varilla acrílica. Anotar tus observaciones en

(2).

Experimento 3

6.6.3.1. Coger sucesivamente con la mano los objetos listados en la tabla y toca con

ellos la parte superior del electroscopio (figura 5). 6.6.3.2. Marcar con una cruz en la tabla lo que observes en cada caso. Antes de

cada prueba el electroscopio debe estar cargado. Anotar tus observaciones en (3)

Figura 5

Experimento 4

6.6.4.1. Cargar la placa de influencia frotándola contra la hoja de acetato, y

aproxímala al electroscopio (figura 6). Sujetar después la placa de influencia durante unos dos segundos a 10 cm por encima de una llama, y volver a acercar al electroscopio.


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Figura 6

6.6.4.2. Repetir el experimento, pero en lugar de la placa de influencia, utilizar la

varilla acrílica frotada con papel. 6.6.4.3. Cargar el electroscopio con la placa de influencia (después de frotarla con la

hoja de acetato) y aproxima una llama al electroscopio (figura 7). 6.6.4.4. Repetir el experimento, pero aproximando la llama al electroscopio desde

arriba (figura 7, punto A). Anotar las observaciones en (4).

Figura 7

Observaciones (1) (2)


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(3) (4) TABLA DE DATOS

Experimento 3

Objetivo La Aguja

No Retrocede Retrocede Parcialmente

Retrocede Totalmente

Varilla Estativa

Varilla Acrílica

Tapón de Goma

Copa de Faraday cogida con la mano

Copa de Faraday en la varilla acrílica

Placa de influencia cogida con la mano

Placa de influencia en la varilla acrílica

Láminas Conductoras

Lámpara de Efluvios


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6.7 INFORME 6.7.1 FUNDAMENTO TEÓRICO

• Cargas eléctricas, conductores y aislantes

• Fuerza eléctrica (ley de Coulomb)

• Electroscopio

• Jaula de Faraday

• Formas de cargar un cuerpo: por contacto, influencia, rozamiento, efecto termoiónico, efecto fotoeléctrico, efecto piezoeléctrico.

• Descarga electrostática 6.7.2 TRATAMIENTO DE DATOS Experimento 1

6.7.1.1.¿Cómo se podría explicar la variación de la desviación de la aguja cada vez

que se toca el electroscopio? 6.7.1.2.¿Qué ha sucedido con las cargas al tocar alternativamente la copa de

Faraday y el electroscopio? 6.7.1.3.¿Qué se concluye sobre la relación entre el tamaño del objeto y la cantidad

de cargar acumuladas?

Experimento 2

6.7.2.1. ¿Cómo reaccionan la aguja y la lámpara de efluvios en las 2 partes de este

experimento? 6.7.2.2. ¿Qué se observa sobre la clase de carga que se puede acumular en la copa

de Faraday? 6.7.2.3. ¿Se pueden acumular simultáneamente cargas positivas y negativas en la

copa de Faraday?

Experimento 3

6.7.3.1. Clasificar, según los datos de la tabla, los objetos en conductores y

aislantes. 6.7.3.2. Explicar por qué en algunos casos la aguja solo retrocede parcialmente.

(Ten en cuenta cuales eran los 2 objetos unidos).

Experimento 4


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6.7.4.1. ¿Qué efectos de la llama sobre los cuerpos cargados eléctricamente se han observado?

6.7.4.2. Ante un fuerte calentamiento el aire se descompone en partículas cargadas. Explica a partir de aquí los fenómenos observados.

6.7.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.7.4. BIBLIOGRAFÍA 6.8 CUESTIONARIO 6.8.1. ¿Qué es la descarga electrostática? De un ejemplo.

6.8.2. ¿Por qué si frotamos un globo inflado contra un saco de lana y luego ponemos el globo junto a la pared y lo soltamos este no se cae?

6.8.3. ¿Por qué la llama descarga al electroscopio?


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PRÁCTICA Nº 7

10. TEMA: MAGNETOSTÁTICA

11. OBJETIVOS


• Magnetizar y desmagnetizar objetos de hierro y explicar estos fenómenos con la imagen de los imanes elementales.

• Conocer el efecto magnético de un imán sobre un cuerpo, cuando al primer imán se le añade otro.

• Identificar las líneas del campo magnético generado por los imanes. • Conocer como son las líneas de campo magnético en la superficie de la tierra • Entender cómo surge el magnetismo. 12. CONSULTA

12.1 Revise y haga un resumen de la teoría de magnetostática (máximo 1 página). 12.2 Defina qué es campo Magnético. 12.3 Defina líneas de Campo Magnético. 12.4 Defina el paramagnetismo, diamagnetismo y ferromagnetismo 12.5 Explique cuando dos imanes se atraen o se repelen.



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PRÁCTICA N° 7

MAGNETOSTÁTICA

7.1. OBJETIVOS


• Magnetizar y desmagnetizar objetos de hierro y explicar estos fenómenos con la imagen de los imanes elementales.

• Conocer el efecto magnético de un imán sobre un cuerpo, cuando al primer imán se le añade otro.

• Identificar las líneas del campo magnético generado por los imanes. • Conocer como son las líneas de campo magnético en la superficie de la

tierra • Entender cómo surge el magnetismo.

7.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Se requiere conocer los elementos que pueden adquirir las características magnéticas de un imán, como es la polaridad en un imán y las líneas de campo de fuerza cuando existe la presencia de un imán y varios imanes, a demás se requiere determinar los puntos cardinales y conocer la forma de las líneas de campo magnético en la tierra.

7.3. TEORÍA

La rotación del electrón en torno al núcleo genera un campo magnético orbital y la rotación propia del electrón genera un campo magnético de spin, ambos campos magnéticos se suman y forman un solo campo magnético, haciendo que el átomo actúe como un imán minúsculo. De aquí se llega a la noción de considerar a los átomos como imanes elementales para explicar diferentes efectos magnéticos como la magnetización y desmagnetización de diferentes objetos.

El campo magnético es una región espacial donde ocurren los efectos magnéticos, es representado por líneas de campo magnético. Matemáticamente es explicado por las ecuaciones de Maxwell.

7.4. MATERIALES


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Imán recto, d = 8mm, l = 60mm varillas de alambre de hierro

entallado Salpicadera con limaduras de

hierro Brújula de bolsillo

Varillas de hierro, l = 50mm de conductores y no conductores

Imán recto, l = 50mm Placa de policarbonato Hoja de papel Sensor de campo magnético Esfera terrestre

7.5. MONTAJE

Experimento 1

Cortar un trozo corto de alambre entallado, si no existe alguno disponible. Comprobar si el alambre entallado atrae el trozo de alambre corto. Este no será el caso.

Poner la brújula sobre la mesa, de forma que el imán no le afecte (al menos a 50 cm del imán). El polo norte de la brújula apunta hacia el norte.

Experimento 2

Determinar con la brújula el polo norte de los dos imanes rectos, y márcar con lápiz (N = norte, S = sur).

Quitar la tapa de cierre de la salpicadera, y poner la tapa con orificios. Poner una hoja de papel sobre la placa de policarbonato. Poner las limaduras de hierro sobre la hoja de papel. Después del experimento volver a echar las limaduras en la salpicadera cuidadosamente, sin derramar el polvo y cerrar bien.

Experimento 3

Colocar una hoja de papel sobre la placa de policarbonato. Preparar la salpicadera (quitar con cuidado la tapa de cierre, sin que se caigan las limaduras, y poner la tapa con orificios). Poner debajo de la placa de policarbonato los imanes.

Experimento 4

Colocar una hoja de papel sobre la placa de policarbonato. Poner debajo de la placa de policarbonato los 2 imanes. Rociar sobre la hoja de papel las limaduras de hierro.

Experimento 5

Determinar con la brújula los puntos cardinales. Introducir el imán cilíndrico en la esfera terrestre y con el sensor de campo magnético mirar la forma de las líneas de campo.


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7.6. PRECAUCIONES

• Evitar que las limaduras de hierro lleguen directamente los imanes, pues sería difícil volverlas a quitar.

• Evitar que las limaduras de hierro caigan en los objetos, en especial en la placa de policarbonato.

7.7. REALIZACIÓN

Experimento 1

7.7.1.1. El alambre entallado no es un imán. No atrae el trozo de alambre corto. Pasar una vez el polo norte del imán (marcado en rojo) de arriba abajo sobre el alambre entallado (figura 1). Comprobar ahora si atrae al trozo de alambre corto.

7.7.1.2. Averiguar con la brújula que polos se han formado en los extremos del alambre entallado.

7.7.1.3. Magnetizar el alambre entallado, pasándole un polo del imán de arriba abajo. Colgar el trozo de alambre pequeño de su extremo inferior. Aproxima muy lentamente el mismo polo del imán hasta aproximadamente 10 mm del centro del alambre entallado. Observar el trozo de alambre pequeño. Comprobar, finalmente, si el alambre entallado atrae todavía el trozo corto.

7.7.1.4. Para desmagnetizar, es necesario poner otra vez en “desorden” los imanes elementales. Primero magnetiza el alambre como se ha descrito anteriormente. Después mueve varias veces un polo del imán paralelo al hilo, al principio muy cerca, y alejándolo cada vez más (figura 2). Comprueba si el alambre todavía es magnético.

Experimento 2

Figura 2 Figura 1


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7.7.3.1. Colocar la varilla de hierro en la “Salida”, y aproximar a ella muy lentamente un polo de uno de los imanes, partiendo de una distancia de unos 50 mm (figura 3). Marcar la posición del borde del imán en el instante en que la varilla empieza a rodar. Medir la distancia entre la Salida y esta marca.

7.7.3.2. Colocar juntos los dos imanes de forma que estén unidos los polos de distinto signo (figura 4). Repite con estos imanes unidos el experimento 1. Medir de nuevo la distancia a la que la varilla empieza a rodar.

7.7.3.3. Colocar juntos los dos imanes de forma que estén unidos los polos del mismo signo (figura 4). En esta posición los imanes se repelen, por lo que debe sujetar con fuerza. Medir de nuevo la distancia a la que la varilla empieza a rodar.

Experimento 3

Figura 3

Figura 4


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7.7.3.1. Colocar el imán horizontal sobre la mesa, encima de la placa de policarbonato, y encima el papel.

7.7.3.2. Dar ligeros golpes en la salpicadera, a unos 10 cm por encima del papel, dispersar uniformemente las limaduras de hierro (figura 5), hasta que se vea que las limaduras se encuentran en un cierto orden.

7.7.3.3. Golpear ligeramente por debajo el tablero de la mesa, hasta que las limaduras de hierro formen líneas claramente visibles.

Experimento 4

7.7.4.1. Colocar los dos imanes sobre la mesa, a una distancia uno de otro de 50 mm, de forma que dos polos del mismo signo (que se repelen) queden uno frente a otro, p. ej. norte-norte (figura 6).

7.7.4.2. Colocar la placa de policarbonato sobre los imanes, y encima de ella el papel.

Figura 5

Figura 6


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7.7.4.3. Espolvorear desde unos 50 mm de altura, uniformemente, las limaduras de hierro sobre el papel, hasta que las líneas de campo se puedan reconocer.

7.7.4.4. Golpear ligeramente por debajo el tablero de la mesa, hasta que las limaduras de hierro formen líneas claramente visibles.

7.7.4.5. Colocar otra vez las limaduras de hierro en la salpicadera (doblando la hoja de papel), y cerrar bien. Quitar la placa de policarbonato.

7.7.4.6. Poner uno de los imanes vertical sobre la mesa, y sujetar el otro unos 50 mm por encima de él, de forma que dos polos del mismo signo queden uno frente a otro. Mover el sensor de campo magnético entre los dos imanes, fomenta una idea siguiendo la orientación del imán del sensor, de la forma espacial del campo (figura 7). Hacer lo mismo con la brújula.

7.7.4.7. Realizar lo mismo para 2 imanes de polos opuestos puestos uno frente a otro.

Experimento 5

7.7.5.1. Sostener la brújula horizontal, lo más lejos posible (al menos 1 m) de cualquier objeto que contenga hierro. Determinar por la posición de la brújula los puntos cardinales. El extremo azul de la aguja indica el norte.

Observa si debajo del tablero de tu mesa hay tubos de acero. Si es así, coloca la brújula sucesivamente en distintos puntos de la mesa. Si la mesa no tiene piezas de acero, colocar la brújula sobre ella y cerca de un objeto grande de hierro. Observar la aguja.

Figura 7


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7.7.5.2. Introducir el imán coloreado en la esfera terrestre, con su parte verde indicando el polo norte. Procura no hacer movimientos bruscos, pues el imán sólo se sostiene por su fuerza magnética en dos pequeños anillos de hierro de la esfera.

Desplazar el sensor de campo magnético sobre la superficie de la esfera, y determinar en qué puntos de ella hay polos magnéticos. Averiguar de qué polos se trata (el extremo rojo del imán sensor es su polo norte).

7.7.5.3. Desplazar el sensor desde un polo de la esfera terrestre hasta el otro polo, pasando por el ecuador, y volver al punto de partida. Observar cómo va variando la posición del imán sensor. Repetir varias veces este procedimiento, también a distancias mayores, y fomenta una idea de la trayectoria de las líneas de campo sobre la esfera de la tierra.

OBSERVACIONES

Experimento 1

Experimento 2

Experimento 3

Experimento 4

Experimento 5

7.8. INFORME



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• Ley de Biot-Savart y Ley de Ampere • Campos magnéticos y fuerzas magnéticas • Magnetismo terrestre • Como surge el magnetismo

7.8.2. TRATAMIENTO DE DATOS

Experimento 1

7.8.2.1. Explicar cómo se magnetiza el alambre.

7.8.2.2. Explicar cómo se desmagnetiza el alambre

Experimento 2

7.8.2.3. Comparar la intensidad de la acción magnética de uno solo de los imanes con la de los 2 imanes unidos. Diferenciar en cada caso la forma en la que están unidos los imanes.

7.8.2.4. Explicar cómo se llega a estos efectos de distinta intensidad.

Experimento 3

7.8.2.5. Dibujar la trayectoria de las líneas de campo magnético observadas para 1 imán.

7.8.2.6. Describir esta trayectoria.

Experimento 4

7.8.2.7. Describir la trayectoria de las líneas de campo que observas en la disposición de las limaduras de hierro para ambas configuraciones de los imanes.

7.8.2.8. Dibujar la trayectoria de las líneas de campo magnético observadas para las 2 configuraciones de los imanes.

7.8.2.9. Describir la forma espacial de las líneas de campo (obtenidas con la brújula y el sensor de campo magnético), y compáralo con la trayectoria de las líneas obtenidas con las limaduras de hierro.

Experimento 5

7.8.2.10. La brújula está bien orientada cuando su extremo azul indica hacia la flecha de la “N”. ¿Cómo se explica su “indicación errónea”?

7.8.2.11. ¿Qué condición se debe cumplir para conocer exactamente los puntos cardinales con una brújula?

7.8.2.12. Comparar las líneas de campo obtenidas con las de un imán recto.


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7.8.2.13. ¿Cómo se explican las distintas posiciones del imán sensor con respecto a la superficie de la tierra?

7.8.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.8.4. BILIOGRAFÍA

7.9. CUESTIONARIO

7.9.1 ¿Explicar de dónde surge el campo Magnético en la tierra y que pasaría si este desaparece?

7.9.2. ¿Cómo afectaría el campo Magnético de la tierra si se produciría una tormenta solar?

7.9.3. Consulte y describa la ecuación de Maxwell, que indica no existencia de monopolos magnéticos.

7.9.4. Grafique las líneas de campo magnético en el siguiente caso


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PRÁCTICA Nº 8

4. TEMA: LA LEY DE OHM

5. OBJETIVOS


• Explicar ley de Ohm. • Reconocer en qué tipo de cargas se cumple la ley Ohm

6. CONSULTA

6.1. Revise y haga un resumen de la teoría de la Ley de Ohm (máximo 1 página). 6.2. Consultar el uso del voltímetro y del amperímetro 6.3. Defina qué es Voltaje, Diferencia de Potencial, Fuerza Electromotriz. 6.4. Defina que es Corriente, Resistencia, Resistividad y Continuidad. 6.5. Revise las configuraciones de circuitos en Serie y Paralelo.



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PRÁCTICA Nº 8

13. TEMA: LA LEY DE OHM

14. OBJETIVOS


• Explicar ley de Ohm. • Reconocer en qué tipo de cargas se cumple la ley Ohm


Se requiere determinar el cumplimiento de la ley de ohm para valores de resistencias fijas de características lineales además demostrar si se cumple o no la ley de ohm para bombillas.

8.3. TEORÍA

En esta práctica vamos a empezar a trabajar con circuitos eléctricos sencillos. Vamos a estudiar y verificar una de las leyes más importantes de la teoría de circuitos eléctricos, la ley de Ohm. Esta establece una proporcionalidad entre la cantidad de corriente que fluye a través de un conductor y el voltaje que cae por el mismo, a esta propiedad se la llama Resistencia Eléctrica o simplemente resistencia.

= ∗

V Diferencia de Potencial (voltaje) I Corriente R Resistencia Resistencia es la oposición que presentan ciertos materiales a que una corriente recorra por estos, los elementos resistivos tienen la característica de que disipan la energía en forma de calor (Efecto Joule). En la práctica se verá que no todos los conductores cumplen con esta propiedad de linealidad entre la corriente y el voltaje.

8.4. MATERIALES

• Tablero de conexión • Portalámpara E10 • Bombilla, 12 V/0,01 A, E10,

1pz • Resistencia, 47 Ω • Resistencia, 100 Ω • Alambre en bloque de

conexión • Cable de conexión, 25 cm,

rojo

• Cable de conexión, 25 cm, azul

• Cable de conexión, 50 cm, rojo (2)

• Cable de conexión, 50 cm, azul (2)

• Multímetro (2) • Fuente de alimentación 0-

12V-/6V~/12V~

8.5. MONTAJE


Experimento 1

8.5.1. Armar el esquema del circuito como se muestra la figura 8.1

8.5.2. Utilizar las resistencias de 47 y 100 Ohmios

8.5.3. Utilizar la fuente de alimentación en voltaje continuo.

8.5.4. Colocar el amperímetro en serie y el voltímetro parale

Figura 8.1 Esquema del Experimento 1 de la Practica de la ley de Ohm

Experimento 2

8.5.1. Armar el esquema del circuito como se muestra la figura

8.5.2. Utilizar las Bombillas de 12 V.

8.5.3. Utilizar la fuente de alimentaci

8.5.4. Colocar el amperímetro en serie y el voltímetro paralelo a la bombilla.


Armar el esquema del circuito como se muestra la figura 8.1

Utilizar las resistencias de 47 y 100 Ohmios

Utilizar la fuente de alimentación en voltaje continuo.

Colocar el amperímetro en serie y el voltímetro paralelo a la resistencia


Armar el esquema del circuito como se muestra la figura

Bombillas de 12 V.

Utilizar la fuente de alimentación en voltaje continuo.

Colocar el amperímetro en serie y el voltímetro paralelo a la bombilla.


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Página 68

8.6. PRECAUCIONES

• Tener cuidado con la ubicación de la escala del amperímetro y del voltímetro, una escala inadecuada puede ocasionar el daño de los instrumentos de medida.

• No sobre pasar los valores de voltaje y corriente en las resistencias y en las bombillas.

8.7. REALIZACIÓN

Experimento 1

8.7.1. Utilizar inicialmente la resistencia de 47 Ω (designado como R1 en la Tabla 1).

8.7.2. Encender la fuente de alimentación e iniciar con 0 V, aumenta el voltaje en incrementos de 2 V. Medir la respectiva intensidad y registra los valores en la Tabla 1.

8.7.3. Regresar el voltaje a 0 V, y reemplaza la resistencia R1 de 47 Ω con la resistencia R2 de 100 Ω.

8.7.4. Nuevamente aumentar el voltaje en incrementos de 2 V y medir la respectiva intensidad y regístrala en la Tabla 1.

8.7.5. Apaga la fuente de alimentación.

Experimento 2

8.7.6. Conecta la fuente de alimentación y aumenta el voltaje en incrementos de 2 V iniciando en 0 V, mide la respectiva intensidad y regístrala en la Tabla 2.

8.7.7. Observar el brillo de la lámpara durante este experimento y anótalo. 8.7.8. Repetir el procedimiento para una bombilla diferente.

8.7.9. Apaga la fuente de alimentación.

TABLA DE DATOS


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Tabla 1

U(V)

I ( A ) V/I ( V/A)

R1 R2 R1 R2

0 0 0 - -

2

4

6

8

10

Tabla 2

U(V)

I ( A ) V/I ( V/A)

0 0 0 - -

2

4

6

8

10

8.8. INFORME

Fundamento Teórico


8.8.1.1. Graficar los valores medidos de la Tabla 1 (en hoja de papel milimetrado) para los componentes R1 y R2.

8.8.1.2. Calcular los cocientes de V/I a partir de las mediciones y registra los valores en la columna de la Tabla 1, ¿Qué se evidencia de los resultados? Calcula la media de estos valores.


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8.8.1.3. Realizar el análisis de regresión lineal de los valores del voltaje en función de la corriente. Calcula a partir de este análisis la resistencia.

8.8.1.4. Comparar los 2 métodos de calcular la resistencia, analizando los errores relativos.

8.8.1.5. Realiza el gráfico a partir de las mediciones de V y I para la lámpara (en hoja de papel milimetrado).

8.8.1.6. Calcular los cocientes V/I para la Tabla 2 y regístralos en la columna 3.

8.8.1.7. APLICACIONES

8.8.1.8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.8. BIBLIOGRAFÍA

8.8.1. CUESTIONARIO

8.9.1. ¿Qué conjeturas harías sobre la probable relación entre la intensidad I y el voltaje V para cada componente (en la resistencia)?

8.9.2. ¿La ley de Ohm también se aplica para lámpara? ¿Por qué?

8.9.3. Mientras que la definición de la ecuación R=V/I es siempre cierta, siempre y cuando I≠0; la ley de Ohm aplica bajo una cierta condición. ¿Cuál es esa condición? 8.9.4. Calcula el valor que marca el voltímetro y el amperímetro en el circuito:

8.9.5. Determine el valor de la corriente que circula por un alambre cobre que presenta una forma cilíndrica de radio r=0.002 cm y una longitud L= 5 m, si se aplica un voltaje de 2 voltios.

8.9.6. Identifique el tipo de carga de las figuras y demuestre si es aplicable la ley de Ohm.


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Figura 8.3 Figura 8.4

8.9.7. Dos conductores cilíndricos p y q, del mismo material, tienen la misma resistencia eléctrica. El conductor p tiene una longitud triple que el q. a) ¿Cómo son entre sí las áreas de sus secciones transversales? b) ¿Cómo son entre sí los radios de esas secciones?

8.9.8. ¿Cuál será el valor que marque el amperímetro? Si la resistencia R1 tiene un valor de : a) R1= 47 kΩ b) R1= 0 kΩ Explique que sucede en este caso

8.9.9. Encontrar la corriente total que circula por el siguiente circuito:


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PRÁCTICA Nº 9

7. TEMA: POTENCIA Y EL TRABAJO ELÉCTRICO.

8. OBJETIVOS


• Explicar y diferenciar la potencia y el trabajo eléctrico. • Explicar la dependencia entre la potencia eléctrica, la intensidad de corriente

y el voltaje. • Determinar el costo del consumo eléctrico.

9. CONSULTA

21.1. Revise y haga un resumen de la teoría de Potencia y Trabajo (máximo 1 página).

21.2. Definiciones de: Efecto Joule, Leyes de Kirchhoff y Energía. 21.3. Revise y de un ejemplo de resolución de circuitos Serie, Paralelo y Mixto.



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PRÁCTICA N° 9

POTENCIA Y TRABAJO ELÉCTRICO

9.1. OBJETIVOS


• Explicar y diferenciar la potencia y el trabajo eléctrico. • Explicar la dependencia entre la potencia eléctrica, la intensidad de corriente

y el voltaje. • Determinar el costo del consumo eléctrico.


Se requiere determinar la potencia y trabajo eléctrico que se genera cuando se tiene circuitos en configuración serie y paralelo.

9.3. TEORIA

En este experimento se usa la luz emitida por la lámpara para medir la potencia eléctrica. Se demostrará que la potencia de dos lámparas conectadas en serie y en paralelo es distinta. Se define a la potencia como la rapidez que tienen los cuerpos para realizar un trabajo. En un circuito esta se calcula con la ecuación P = V . I, de aquí podemos ver claramente la relación de proporcionalidad entre la potencia y el voltaje, esto siempre y cuando se mantenga constante la corriente, y viceversa.

9.4. MATERIALES

Tablero de conexión Interruptor Alambre en bloque de conexión

(6) Portalámpara (2) Cables de conexión, 25 cm, rojo Cables de conexión, 25 cm,

azul Cables de conexión, 20 cm, rojo Cables de conexión, 25 cm,

azul Bombilla, 4 V/0,04 A, E10,1 pz.

(2) Resistencias de 47Ω Multímetro (3)

Fuente de alimentación 0-12V-/6V~/12V~


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9.5. MONTAJE

Experimento 1


9.5.2. Utilizar las Bombillas de 4 V/0,04 A. y una resistencia de 47 Ohmios.


9.5.4. Colocar el amperímetro en serie y el voltímetro paralelo a las bombillas y a la resistencia.

9.5.5. Selecciona los rangos de medida adecuados para los multímetros.

Figura 9.1 Esquema de la Práctica Potencia y Trabajo Eléctrico Parte I

Experimento 2


9.5.7. Utilizar las Bombillas de 4 V/0,04 A. y una resistencia de 47 Ohmios.


9.5.9. Colocar un voltímetro en paralelo a las bombillas y dos amperímetro en serie, uno para cada bombilla y selecciona los rangos de medida adecuados para los multímetros.


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Figura 9.2 Esquema de la Práctica Potencia y Trabajo Eléctrico Parte II

9.6. REALIZACIÓN

Parte I

9.6.1.1. Cortocircuitar la lámpara L2 y la resistencia de 47 Ω.

9.6.1.2. Poner la fuente de alimentación a 0 V y encender.

8.6.1.3. Lentamente incrementar el voltaje de la fuente alimentación hasta que el voltaje sobre la lámpara L1 sea un poco menor a 4 V.

9.6.1.4. Medir la intensidad de la corriente I y anotar este valor en la Tabla 1.

9.6.1.5. Conectar la lámpara L2 en serie con la lámpara L1 y anota el valor de la intensidad de la corriente en la Tabla 1.

9.6.1.6. Conecta la resistencia de 47 Ω en serie con las lámparas y anota el valor de la intensidad en la Tabla 1.

9.6.1.7. En cada uno de los pasos anteriores observa la luminosidad de las lámparas. Y anota tus observaciones.

Parte II

9.6.2.1 Desconectar la lámpara L2 y la resistencia de 47 Ω.

9.6.2.2 Incrementa el voltaje de la fuente de alimentación hasta que la intensidad de la corriente tenga un valor de 0,04 A en la lámpara L1; mide el voltaje requerido para lograr esto y anótalo en la Tabla 2.


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9.6.2.3 Conectar en paralelo la lámpara L2 y tomar las mediciones de corriente en las lámparas, observa la luminosidad de las lámparas.

9.6.2.4 Conectar la resistencia de 47Ω en paralelo y tomar las mediciones de corriente en las lámparas, observa la luminosidad de las lámparas.

9.6.2.5 Ajusta la fuente de alimentación a 0 V y apágala.

TABLA DE DATOS

Tabla 1

Número de lámparas V1 (V) V2 (V) I (A) Funcionamiento de la lámpara

1 - Normal

2 (serie)

2 (serie) y resistencia

Tabla 2

Número de lámparas V (V) I1 (V) I2 (A) Funcionamiento de la lámpara

1 - Normal

2 (paralelo)

2 (paralelo) con resistencia

Observaciones

9.7. INFORME



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9.7.2.1. Calcular la potencia de cada una de las lámparas y la resistencia para la configuración serie y paralelo además de terminar la potencia total en cada uno de los circuitos (Nota: La potencia total es la suma de potencias y recordar que son seis circuitos).

9.7.2.2. Calcula el trabajo eléctrico realizado por cada lámparas y la resistencia en el experimento cuando se mantuvieron encendidas por 5 minutos además encontrar el trabajo total para cada circuito.

9.7.3. APLICACIONES


9.7.5. BIBLIOGRAFÍA

9.8. CUESTIONARIO

9.8.1. Expresa, matemáticamente y en palabras, las relaciones entre la potencia eléctrica P, la corriente I y el voltaje V.

9.8.2. ¿Qué circuito disipa mayor potencia en serio o en paralelo?, justifica su respuesta.

9.8.3. Encontrar la relación de potencias para los circuitos en serie y paralelo

9.8.4. ¿Qué conclusiones puedes sacar en cuanto a la medición de potencia en las configuraciones en serie y paralelo?

9.8.5. Encuentre el valor de la resistencia equivalente para el siguiente circuito y la potencia total disipada si Vdc = 5V


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9.8.6. La potencia de una lavadora es 1.800 watt, si un generador le suministra

una corriente de 8,18 A, Encontrar:

a. El voltaje de alimentación que se encuentra conectada la lavadora

b. La energía de consumida en un mes, si esta encendido dos horas diarias

c. El costo del consumo de energía eléctrica si esta encendido tres horas, considerar que el valor del kilovatio/hora es 0.25 dólares

9.8.7. Determine la Energía eléctrica y el calor para un tiempo de 10 (s). Si la potencia esta dado por la siguiente gráfica


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PRÁCTICA Nº 10

22. TEMA: CARGA Y DESCARGA DE CONDENSADORES.

23. OBJETIVOS


• Explicar la curva de tensión de carga y descarga de un condensador. • Explicar el funcionamiento y la forma de almacenar energía un

condensador. 24. CONSULTA

24.1. Revise y haga un resumen de la teoría de Carga y Descarga de Capacitores (máximo 1 página).

24.2. Definición de material dieléctrico, capacitancia. 24.3. Consultar como almacena energía un Condensador, Circuitos RC.



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PRÁCTICA N° 10

CARGA Y DESCARGA DE CONDENSADORES

10.1. OBJETIVOS


• Explicar la curva de tensión de carga y descarga de un condensador. • Explicar el funcionamiento y la forma de almacenar energía un

condensador.


Se requiere conocer cómo almacena energía un capacitor, las curvas de carga y descarga además se desea saber en que influye el valor de de la resistencia y la capacitancia al momento de la carga y descarga.

10.3 TEORÍA

El condensador es un elemento pasivo formado en principio por dos placas paralelas, su función es la de almacenar energía en forma de campo eléctrico, que se produce debido al ordenamiento de cargas opuestas en las placas. Un circuito RC es aquel que consta de una fuente de voltaje (corriente continua), una resistencia y un condensador, la presencia de esta resistencia regulará el tiempo que demora este condensador en adquirir la carga máxima o en descargarse.

La ecuación para la carga de un condensador es:

Y la ecuación para la descarga de un condensador es

Donde V es el voltaje de la fuente, τ se conoce como la constante de tiempo y tiene la siguiente expresión

R, C son el valor de la resistencia y la capacitancia respectivamente

10.4. MATERIALES


Tablero de conexión Interruptor Alambre en bloque de conexión

(6) Portalámpara (2) Cables de conexión, 25 cm, rojo Cables de conexión, 25 cm,

azul Cables de conexión, 20 cm, rojo

10.5. MONTAJE

10.5.1. Monta el experimento tal como se muestra en el figura 9.1

10.5.2. El interruptor deber estar en la posición.

10.5.3. Colocar el voltímetro, en rango de medición de 20 V.

10.6. REALIZACIÓN

Experimento 1

10.6.1.1. Colocar el conmutador en la posición 1.

10.6.1.2. Enciende la fuente de alimentación y f

Figura 10.1 Esquema de la Práctica Carga y Descarga de Condensadores

Alambre en bloque de conexión

Cables de conexión, 25 cm, rojo Cables de conexión, 25 cm,

0 cm, rojo

Cables de conexión, 25 cm, azul

Bombilla, 4 V/0,04 A, E10,1 pz. (2)

Resistencias de 47Ω Multímetro (3) Fuente de alimentación

0- 12V-/6V~/12

Monta el experimento tal como se muestra en el figura 9.1

El interruptor deber estar en la posición.

Colocar el voltímetro, en rango de medición de 20 V.

Colocar el conmutador en la posición 1.

Enciende la fuente de alimentación y fijar el voltaje directo a 10 V.

a de la Práctica Carga y Descarga de Condensadores

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Cables de conexión, 25 cm,

Bombilla, 4 V/0,04 A, E10,1

Resistencias de 47Ω

Fuente de alimentación

ijar el voltaje directo a 10 V.

a de la Práctica Carga y Descarga de Condensadores


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10.6.1.3. Verificar que el voltaje del capacitor sea igual a cero, en caso de no ser así cortocircuitar sus terminales con un alambre hasta que el voltaje llegue a cero.

10.6.1.4. Conectar el interruptor a la posición encendido y medir el voltaje VC del condensador que marca el voltímetro en intervalos de 10 segundos. Anota las medidas en la Tabla 1

10.6.1.5. Colocar el conmutador en la posición 2 y tomar las medidas de voltaje VC del condensador en intervalos de 10 segundos. Registrar los valores en la Tabla 1.

10.6.1.6. Descargar totalmente el capacitor hasta que el voltaje del condensador sea VC = 0 V, para lograrlo se debe cortocircuitar el capacitor.

Experimento 2

10.6.2.1. Poner el conmutador en la posición 1. Carga el circuito y medir el tiempo que le toma al condensador llegar a VC= 6 V. Registrar el tiempo en la Tabla 2.

10.6.2.3. Abrir el interruptor. Descarga el condensador y reemplázalo con el condensador de 47 µF.

10.6.2.4 Carga el circuito y, una vez más, medir el tiempo que toma llegar a VC = 6 V. Anota el tiempo en la tabla 2.

10.6.2.5. Reemplaza la resistencia de 47 kΩ con una de 10 kΩ y repetir las mediciones.

10.6.2.6. Reemplaza el condensador de 47 µF con uno de 470 µF y repetir las mediciones.

10.6.2.7. Apaga la fuente de alimentación.

Tabla De Datos

Tabla 1

t ( s ) 0 10 20 30 40 50 60

Carga: VC (V)

Descarga: VC (V)


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Tabla 2

R (KΩ) C (µF) t (s)

47 470

47 47

10 47

10 470

10.7. INFORME

10.7.1. FUNDAMENTO TEÓRICO

• Consultar la capacitancia equivalente cuando tenemos capacitores en serie y paralelo

10.7.2 . TRATAMIENTO DE DATOS

10.7.2.1. Usando los datos de carga y descarga de la tabla 1, trazar un gráfico (en papel milimetrado) del voltaje de carga y descarga en función del tiempo. Describir las curvas de carga y descarga.

10.7.2.2. Realizar un análisis de regresión con los datos de carga y descarga del condensador y encuentra el valor de ζ.

10.7.2.3. Calcula el error relativo porcentual para el valor de teórico de ζ= RC, comenta los posibles errores en la medición.

10.7.2.4. Con los valores de la taba 2 calcula el tiempo para cargar 6 V, comparar con el valor medido experimentalmente y comentar los resultados.

10.7.3. APLICACIONES


10.7.5. BIBLIOGRAFÍA

10.7.6. CUESTIONARIO

10.7.6.1. A partir de la ecuación diferencial para un circuito RC, resuelve y obtener la expresión del voltaje en el condensador para carga y descarga.

10.7.6.2. ¿Cómo se lleva a cabo el proceso de carga y descarga de un condensador?


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10.7.6.3. ¿A que es igual la capacitancia equivalente para 2 condensadores conectados en serie y en paralelo?

10.7.6.4. En el siguiente circuito

Para t = 20 s el Voltaje en los capacitores es 6 V. Determine el valor del capacitor que no tiene valor.

10.7.6.5. Para el siguiente circuito

` A qué tiempo el voltaje del capacitor será:

a. 0 [V] b. 8 [V] c. 10.5 [V] d. 15 [V]

10.7.6.6. Considerar un condensador formado por dos cascarones cilíndricos, rectos, coaxiales e infinitos, y de radios r1 yr2, como muestra la figura. Considerar un trozo de longitud L y halle su capacitancia C Si:

a. Si r1 es 5 cm y r2 es 10cm, la constante dieléctrica del material es 15,75.10-12 F/m.

b. S r1 es a y r2 es b, la constante dieléctrica es el vacio


Página 85

Suponer que el cascaron menor se carga con un carga por unidad de longitud, y el cascaron grande con .


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Créditos

Este folleto fue realizado para el semestre Marzo2011/Agosto2011, para la realización de las

prácticas de Física II, que servirá a los estudiantes de las carreras: Ingeniería Civil, Ingeniería

Ambiental, Ingeniería Matemática, Matemática, Física.

REVISIÓN Y ACTUALIZACIÓN

Armando J. González R. Egresado de Ing. en Electrónica y Control

Instructor de Física II Laboratorio de Física

COLABORACIÓN

José D. Velásquez C. Egresado de Ing. en Electrónica y Telecomunicaciones

Edwin Tapia Egresado de Ing. en Electrónica y Control

REVISION FINAL DEL FOLLETO

Phd. Cristian Santacruz Jefe de Laboratorio.

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