CALORÍMETRO

 

PRIMERA PRÁCTICA DEL CALORÍMETRO

 MATERIALES:

  1. -         agua

  2. -         mechero Bunsen

  3. -         soporte

  4. -         aro

  5. -         rejilla

  6. -         calorímetros

  7. -         vasos de precipitado

  8. -         termómetro

  9. -         Tapón

 PROCEDIMIENTOS:

1.      cogemos el soporte, el aro y la rejilla y lo montamos

2.      colocamos encima de este el vaso de precipitado

3.      ponemos debajo el mechero y lo encendemos

4.      esperamos a que el agua bulla

5.      una vez a ocurrido esto vertemos el contenido en uno de los calorímetros

6.      mientras el otro calorímetro ha contenido agua fría

7.      entonces cogemos el agua caliente y la mezclamos con la fría

8.      tapamos la temperatura y la medimos cada 5 a 15 segundos hasta

9.      observamos cuanto ha bajado la temperatura

10.  continuamos tomando medidas hasta que se haya estabilizado

11.  repetimos la acción con las demás medidas

CONCEPTOS CLAVE:

- constante de calorímetrica

- calor específico

- variación de temperatura

ECUACIONES EMPLEADAS:

   m(agua) * Ce (agua) * (tf-ti) + k (tp-ta)= 0

 Ce (agua)=4180 J/Kg.

 Q= K.* Δt

DATOS PRÁCTICA AGUA CALIENTE Y FRÍA

          AGUA FRÍA                                  AGUA CALIENTE                   MEZCLA

     tiempo    tªcalorímetro                      tiempo    tª calorímetro          temperatura

        10                20                                   10             44                               43

        15                19                                   15             43                               42.2

        30                19                                   30             43                               42

        45                19                                   45             43                               42                

        60                19                                   60             42.5                            41.8

        75                19                                   75             42.5                            41.5

        90                19                                   90             42.5                            41

      105                19                                   105           42.5

      120                19                                   120           42.5

      135                19                                   135           42

      150                19                                   150           42

GRÁFICAS

  

 

 

Pr oblema planteado:

 El objetivo a elaborar en estas experimento es demostrar que el agua bulle a la misma temperatura siempre. Y por otra parte, que al mezclar agua caliente en agua fría, varia la temperatura hasta que finalmente es constante y de ahí podemos sacar una constante.

 Valoración Personal  

 Tras la realización del experimento logramos demostrar que al mezclar dos líquidos a distintas temperaturas, estos comienzan a variar sus temperaturas hasta estabilizarse en una temperatura intermedia.

SEGUNDA PRÁCTICA DE CALORÍMETRO

 MATERIALES:

  1. - cobre

  2. - aluminio

  3. - plomo

  4. - agua

  5. - calorímetros

  6. - termómetro

  7. - hilo

  8. - Tapón

PROCEDIMIENTOS:

  1. - cogemos agua y la calentamos.

  2. - una vez calentada la colocamos en el calorímetro correspondiente.

  3. - cogemos agua fría y la ponemos en el otro calorímetro.

  4. - cogemos el cobre, y con hilo lo atamos.

  5. - lo introducimos en el calorímetro del agua caliente.

  6. - luego en el del agua fría.

  7. - tomamos las temperaturas.

  8. - calculamos k.

  9. - hacemos el mismo proceso con los demás metales.

 PROBLEMA PLANTEADO:

El problema a plantear o el objetivo que debemos lograr es calcular la constante k de cada metal, por ello lo introducimos en agua caliente y posteriormente en fría. De este modo, con los datos resultantes y aplicando la ecuación adecuada lograremos obtener ese dato. 

DATOS: experimentos con aluminio, cobre y acero

  1.              Peso cobre: 98.5 gramos

  2.             Peso aluminio: 100' 95 gramos

  3.             Peso acero: 100 ' 3 gramos

  4.             Temperatura agua caliente (A): 80 ºC

  5.             Temperatura agua fría (B): 19 ºC

  6.             K=14.6

                  masa        tª inicial    tªfinal

            acero          100'3                 69             24

           agua           400ml                23              24

 

          aluminio      100'95                72              23

          agua           400ml                20.5            23

 

          cobre           98.5                 76              20.5

          agua           400ml               19              20.5

 VALORACIÓN DE LOS RESULTADOS:

 Con la práctica o experimento hemos logrado averiguar cual es la constante k para cada tipo de metal que hemos usado en este experimento.

 

 TERCERA PRÁCTICA DEL CALORÍMETRO

 Materiales:

  1. -          agua

  2. -          termómetro

  3. -          calorímetros

  4. -          vaso de precipitado

Procedimiento:

  1.  -          Cogemos y ponemos en un calorímetro agua caliente y en otro agua fría.

  2. -          Cogemos una medida de agua fría y llenamos el resto hasta completar 400 ml

  3. -          Hacemos el mismo proceso pero variando los volúmenes del agua fría y caliente

  4. -          Tomamos la temperatura tras cada paso

Problema planteado:

- el problema a plantear en este experimento es probar como según la cantidad de agua caliente o fría que mezclemos se obtiene una temperatura u otra; es decir, que si ponemos mayoría de agua fría la temperatura será inferior si por el contrario la mayoría es caliente.

Tabla de datos:

Agua Caliente

Temperatura Inicial

Agua Fría

Temperatura Ambiente

Mezcla

Temperatura Final

50

49

350

18

400

22,6

100

66

300

18,5

400

27

150

58,5

250

17,3

400

30,2

200

63

200

18

400

33,6

 TEORÍA:

¿ QUE ES UN CALORÍMETRO?

APARATO UTILIZADO PARA DETERMINAR EL CALOR ESPECIFICO DE UN CUERPO, ASÍ COMO PARA MEDIR LAS CANTIDADES DE CALOR QUE LIBERAN O ABSORBEN LOS CUERPOS.

CARACTERÍSTICAS

UN CALORÍMETRO IDEALMENTE PUEDE SER INSENSIBLE A LA DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LAS FUENTES DE CALOR DENTRO DE EL. SI ESTE OBJETIVO ES ALCANZADO, ENTONCES LA POTENCIA PUEDE EN PRINCIPIO SER MEDIDA A CUALQUIER FRECUENCIA POR DISIPACIÓN EN EL CALORÍMETRO Y DETERMINAR LA CORRESPONDIENTE POTENCIA DC QUE DA LA MISMA LECTURA QUE LA POTENCIA NO CONOCIDA.

1.POR SUPUESTO LA TAREA DE DISEÑAR UN CALORÍMETRO QUE SEA COMPLETAMENTE INSENSIBLE A LA DISTRIBUCIÓN DE CALOR, NO ES POSIBLE Y LO MEJOR QUE PUEDE ALCANZARSE ES CONSTRUIR UN INSTRUMENTO EL CUAL TENGA UN CONOCIDO FACTOR DE CORRECCIÓN, ESTOS FACTORES DE CORRECCIÓN SON EVALUADOS DE UNA COMBINACIÓN DE MEDICIONES Y CÁLCULOS, TENEMOS LA EFICIENCIA EFECTIVA:

2.LA EFICIENCIA EFECTIVA (e.e.) ES UN PARÁMETRO RELATIVAMENTE ESTABLE PARA MAS INSTRUMENTOS Y SIENDO ADIMENSIONAL ES INDEPENDIENTE DEL SISTEMA DE UNIDADES USADO. PARA LA MAYOR PARTE DE LOS CALORÍMETROS LA e.e. PUEDE SER EVALUADA CON UNA INCERTIDUMBRE DE 0.1% A 1 GHz, 0.2 % A 40 GHz Y 0.5 % A 100 GHz.

3.LAS CORRESPONDIENTES INCERTIDUMBRES EN LOS VALORES DE LA POTENCIA ABSORBIDA RF O DE MICROONDAS SERAN NATURALMENTE UN POCO MAYORES QUE LOS DADOS, YA QUE DEPENDEN POR EJEMPLO DE LOS CONECTORES

4.AUNQUE EL PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE POTENCIA POR MEDIO DE SUS EFECTOS CALORÍFICOS ES UNO DE LOS VIEJOS MÉTODOS, LOS CALORÍMETROS ACTUALES TIENEN SUS ORÍGENES EN LOS DESARROLLOS DE LOS AÑOS 40 Y 50.

VENTAJAS

  1. ALTA PRECISIÓN .

  2. ESTABILIDAD DE CALIBRACIÓN .

DESVENTAJAS

  1. BAJA VELOCIDAD DE RESPUESTA .

  2. MUY VOLUMINOSOS .

 TIPOS DE CALORÍMETROS

  1. ESTÁTICOS .

  2. NO ESTÁTICOS .

CALORÍMETROS COMÚNMENTE USADOS

  1. DRY LOAD CALORIMETER .

  2. EL MICRO CALORÍMETRO .

  3. CALORÍMETRO DE FLUJO.

OTROS TIPOS DE CALORÍMETROS

  1. CALORÍMETRO ADIABÁTICO .

  2. CALORÍMETRO DE CAMBIO DE ESTADO.

FUNCIONAMIENTO BÁSICO

MUCHOS CALORÍMETROS UTILIZAN EL PRINCIPIO DE CARGA DUAL, EN EL CUAL UNA ABSORBE MIENTRAS QUE LA SEGUNDA ACTÚA COMO TEMPERATURA DE REFERENCIA. EL SENSOR DE TEMPERATURA REGISTRA LA DIFERENCIA ENTRE LAS TEMPERATURAS DE LAS 2 CARGAS. EN TEORÍA LOS EFECTOS DE LAS FLUCTUACIONES DE LA TEMPERATURA EXTERNA SE CANCELAN DEBIDO A LA SIMETRÍA, SIN EMBARGO SI LOS ALREDEDORES NO TIENEN UNA TEMPERATURA UNIFORME EL GRADIENTE DE TEMPERATURA PUEDE CAUSAR ERROR. EL ELEMENTO DE ABSORCIÓN DE LA CARGA ES USUALMENTE UN THIN FILM RESISTOR, AUNQUE DIELÉCTRICOS DE BAJAS PERDIDAS SON USADOS PARA LAS VERSIONES DE GUÍAS DE ONDAS. EL SENSOR DE TEMPERATURA ES MONTADO EN EL LADO DE AFUERA DE LA CARGA EN UNA POSICIÓN DONDE NO ES INFLUENCIADO DIRECTAMENTE POR LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS. SIENDO ESTA UNA DE LAS CARACTERÍSTICAS DISTINTIVAS DE UN CALORÍMETRO Y ES ESENCIAL PARA SU ALTA PRECISIÓN.

EFECTO PELTIER

CONSISTE EN QUE LA CIRCULACIÓN DE CORRIENTE EN UN SENTIDO PRODUCE UN CALENTAMIENTO Y AL CIRCULAR EN EL OTRO SENTIDO PRODUCE UN ENFRIAMIENTO

EL MICRO CALORÍMETRO

ES EL TIPO DE CALORÍMETRO MÁS USADO. ESTRICTAMENTE HABLANDO, NO ES UN MEDIDOR DE POTENCIA PERO ES UN INSTRUMENTO PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA EFECTIVA DE UN MONTAJE BOLOMETRICO. FUE ORIGINALMENTE INVENTADO PARA LA CALIBRACIÓN DE METAL WIRE BOLOMETERS, PERO TERMISTORES Y PELÍCULAS BOLOMETRICAS TAMBIÉN PUEDEN SER CALIBRADAS POR ESTE MÉTODO.

FUNCIONAMIENTO

ANTES DE COMENZAR LA MEDICIÓN, EL MONTAJE BOLOMETRICO ES INSERTADO DENTRO DEL CALORÍMETRO, DONDE ACTÚA COMO LA CARGA, CUANDO LA MEDICIÓN ES COMPLETADA EL BOLOMETRO ES REMOVIDO Y ENTONCES PUEDE SER USADO COMO UNA REFERENCIA CALIBRADA.

PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN

EL PUENTE SUPLE UNA dc PARA MANTENER LA RESISTENCIA DEL ELEMENTO BOLOMETRO A UN VALOR ESPECIFICADO R. ANTES DE COMENZAR LA MEDICIÓN rf LA SENSITIVIDAD G1 DE LA TERMOPILA ES DETERMINADA (V/W) NOTANDO LA SUBIDA EN VOLTAJE DE SALIDA DE LA TERMOPILA CUANDO LA dc ES APLICADA. CUANDO LA POTENCIA rf ES APLICADA, LA POTENCIA DISIPADA EN EL ELEMENTO ES MANTENIDA CONSTANTE POR EL PUENTE, PERO LA POTENCIA ES DISIPADA ADICIONALMENTE EN LAS PAREDES Y EN CUALQUIER OTRO LUGAR DEL MONTAJE.

CALORÍMETRO DE FLUJO

LA POTENCIA ES MEDIDA A TRAVÉS DEL CALOR DE UN FLUIDO QUE FLUYE A TRAVÉS DE LA CARGA. UNA INDICACIÓN DE LA POTENCIA ES DADA POR LA SUBIDA EN LA TEMPERATURA DEL FLUIDO PASANDO DEL ORIFICIO DE ENTRADA AL DE SALIDA.

CARACTERÍSTICAS

LAS VERSIONES DE GUÍAS DE ONDAS UTILIZAN COMO FLUIDO DE TRABAJO AGUA. MIENTRAS QUE EL COAXIAL UTILIZA ACEITE Y ES CONSTRUIDO PARA BAJAS FRECUENCIAS. AIRE TAMBIÉN PUEDE SER USADO, PERO EL USO DE GASES CREA UN PROBLEMA ADICIONAL A CAUSA DEL CALOR DEBIDO A LA COMPRESIBILIDAD .LOS CALORÍMETROS DE FLUJO PUEDEN MANEJAR MAYORES POTENCIAS QUE LOS TIPOS ESTÁTICOS. SU PRINCIPAL APLICACIÓN ES PARA POTENCIAS DE MUCHOS WATTS. PARA MEDIR LAS SUBIDAS DE TEMPERATURA EN UN CALORÍMETRO USUALMENTE SE EMPLEAN TERMOPILAS, TERMÓMETROS DE RESISTENCIA Y ALGUNAS VECES TERMISTORES

Valoración de los Resultados:

  Tras realizar el experimento logramos hallar la confirmación o respuesta  nuestra teoría. Según la cantidad de agua que sea mayor (caliente o fría) la temperatura de la mezcla resultante será mayor o menor.

 

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