UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA

FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA

TEMA: ESCALA DE TEMPERATURA

(EXPERIENCIA 5)

CURSO: LABORATORIO DE FISICA II

PROFESOR: MIGUEL CASTILLO

INTEGRANTES:

NOMBRES CODIGOCAHUIN MEDINA JOSEPH 10190059

HUAPAYA CHUMPITAZ PABLO 10190074PEREZ NICHO CESAR 10190254

MEZA CARBAJAL DAVID 10070205MONTALVO HIROYASU LUIS 10190226

2011

ESCALA DE TEMPERATURAEXPERIMENTO N°5

I. OBJETIVO:

Construir una escala de temperatura para un termómetro de alcohol y un termómetro

de par termoeléctrico o termopar.

II. MATERIALES:

Soporte universal 1 Equipo de calentamiento

Termómetro graduado

1 Soporte para tubos de vidrio

1 Termómetro sin graduar

1 Vaso de precipitados, 250 ml.

Paño

Agitador

Nuez doble

Varilla de soporte, 250 mm.

Varilla de soporte, 600 mm.

1 regla graduada

Sedal(hielo)

Hielo

III. FUNDAMENTOS TEORICOS:

El termómetro es un instrumento de medición de temperatura.

Existen varios tipos de termómetros entre los que se encuentran el termómetro de mercurio y el de alcohol que se presentan estos líquidos contenidos en un capilar donde se observa la dilatación de estos líquidos a medida que se incrementa la temperatura, a ello es acondicionada una escala lineal que se gradúa para nuestro caso en grados centígrados o Celsius.Otro tipo de termómetro es el de par termoeléctrico también conocido como termopar, el cual es un dispositivo que consta de 2 hilos de metal diferentes unidos o soldados en sus extremos que al ser expuestos al calor, se calientan de manera diferente (pues tienen diferente calor especifico), y ese gradiente de temperatura genera una fuerza electromotriz (Efecto Seebeck) lo cual se verifica con la ayuda de un voltímetro.

Estos dos tipos de termómetro serán estudiados en la presente experiencia y serán graduados con la escala Celsius basada en el punto de ebullición y solidificación del agua.

¿Cómo se mide la temperatura?

Nuestro tacto detecta la temperatura, pero carece de la capacidad de medirla con rigor.

Realizando esta experiencia lo comprenderás:

Introduce una mano en un recipiente frío y la otra en uno caliente, y luego las dos manos juntas en otro recipiente con agua templada.

La primera mano la encontrará caliente y la otra fría.

Del cuerpo que está a mayor temperatura decimos que "está más caliente" y a veces, erróneamente, se dice "que tiene más calor". Los cuerpos no tienen calor, tienen energía interna y tienen temperatura. Reservamos el término "calor" para la energía que se transfiere de un cuerpo a otro. Esta energía es fácil de medir, pero la energía total que tiene el cuerpo no.

Si un cuerpo recibe energía calorífica aumenta la agitación de las partículas que lo forman (átomos, moléculas o iones) y se pueden producir también cambios en la materia: dilatación, cambios de color (piensa en una barra de metal al calentarla), variación de su resistencia a la conducción, etc. Estos cambios se pueden utilizar para hacer una escala de temperatura.

Al poner en contacto dos sustancias la agitación de las partículas de una se transmite, mediante choques, a las partículas de la otra hasta que se igualan sus velocidades. Las partículas de la sustancia más caliente son más rápidas y poseen más energía. En cada impacto ceden parte de la energía a las partículas más lentas con las que entran en contacto. Las partículas de la sustancia que está a mayor T se frenan un poco, pero al mismo tiempo hacen que las más lentas aceleren.

Finalmente las partículas de las dos sustancias alcanzan la misma velocidad media y por lo tanto la misma temperatura: se alcanza el "equilibrio térmico".

Para diseñar un instrumento que mida la temperatura debemos escoger una cualidad de la materia que sea fácilmente observable, que varíe de manera importante con la agitación de sus partículas, que sea fácil de medir y que nos permita relacionar su variación con la agitación que tiene el cuerpo.

La cualidad elegida en los termómetros de mercurio es la dilatación, pero existen otros tipos de termómetros basados en otras cualidades.

Se utiliza el mercurio para construir termómetros porque es un metal que es líquido entre -20 ºC y 100ºC y porque se dilata mucho. Encerramos el metal dentro de un tubo fino (capilar) para que al dilatarse un poco avance mucho por el tubo (cuanto más fino sea el tubo más centímetros avanza). Midiendo longitudes de la columna podemos establecer una relación entre la dilatación y el nivel de agitación de la sustancia a medir.

¡Medimos la temperatura midiendo una longitud!

Se pueden tomar como base para medir las temperaturas otras propiedades que cambien con ella como el color, la resistencia eléctrica, etc. Aparatos basados en las anteriores propiedades son el pirómetro óptico, el termopar....

Esto posibilita el medir en distintos rangos de temperaturas. Piensa en lo que pasaría si midieras la temperatura de un alto horno con un termómetro de mercurio.

IV. EXPERIMENTO 1

MONTAJE

Monte el equipo, como muestra el diseño experimental de la fotografía.

PROCEDIMIENTO DEL MONTAJE

1. Cuelgue el termómetro de una varilla con un trozo de sedal.

2. Envuelva el hielo en un paño y con un martillo triture los cubos de hielo, en trozos los pequeños.

3. Introduzca el hielo triturado en el vaso de precipitados, hasta aproximadamente la mitad.

4. Añada dos piedrecitas.5. Añada agua fría hasta que cubra el hielo.6. Sumerja el termómetro sin graduar unos 2 cm en el agua de fusión, de manera que el

bulbo quede completamente sumergido.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Agite el agua de fusión con el agitador y espere a que el líquido del capilar del termómetro se estabilice.

2. Marque la altura del líquido.3. Caliente el agua de fusión. Agite continuamente hasta que el hielo esté completamente

fundido.4. Siga calentando el agua hasta que hierva.5. Observe el capilar del termómetro al calentar el agua y cuando hierva apague el mechero

y marque inmediatamente la altura del líquido.

V. EXPERIMENTO 2

Funcionamiento del Termopar

1 Equipo de calentamiento 1 Agitador de vidrio

1 Varilla de soporte, 250 mm 1 Termómetro graduado

1 Varilla de soporte, 600 mm 2 Nueces

1 Multímetro 1 Soporte para tubos de vidrio

1 Vaso de precipitados, 250 ml 1 Cronómetro

1 Vaso de precipitados, 400 ml Alambre de constantán, d= 0,4mm

Alambre de hierro, d= 0,5 mm Hielo

Paño Papel de lija de metal

MONTAJE

Monte el equipo, como muestra el diseño experimental de la fotografía.

PROCEDIMIENTO DEL MONTAJE

1. Corte un trozo de alambre de constantán y dos trozos de alambre de hierro, todos de aprox. 70 cm.

2. Lije bien los extremos de todos los alambres.3. Trence cada alambre del extremo de constantán con un

alambre de hierro.4. Apriete con los alicates los extremos trenzados, para

que hagan un buen contacto.5. Triture hielo, envolviendo el hielo con un paño para que

no salten los trozos.6. Llene con hielo el vaso de precipitados grande hasta la

mitad aproximadamente.7. Añada agua fría justo hasta que cubra el hielo.8. Llene aproximadamente hasta la mitad el vaso de

precipitados pequeño con agua del caño, lo más fría posible (por debajo de los 20ºC)

9. Introduzca uno de los puntos de contacto en el agua de fusión, y el otro en el agua de caño.

10. Los puntos de contacto deben estar completamente sumergidos.

11. Doble los alambres sobre el borde de los vasos para que no se caigan.

12. Conecte el multímetro según la ilustración siguiente y coloque el selector en modo continuo a 100 mV.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Vea lo que marca el multímetro. Si es necesario cambie la polaridad.2. Caliente el agua hasta que hierva, midiendo la tensión termoeléctrica

en pasos de 20ºC; anote los valores en la Tabla.3. Quite el punto de comparación del agua de fusión y colócalo en el

agua caliente. Lee la tensión termoeléctrica y anote su valor.4. Sumerja otra vez el punto de comparación en el agua de fusión.

Introduzca el punto de medida lo más posible a la llama. Anote la tensión termoeléctrica.

VII EVALUACIÓN

DEL EXPERIMENTO 1

TABLA

TERMOMETRO CALIBRADO TERMOMETRO DE COMPARACION

AGUA CALIENTE 100°C 98°C

AGUA TEMPLADA 59°C 60°C

AGUA FRIO 23°C 25°C

1. Los llamados puntos fijos de la escala centígrada son:

Temperatura de fusión del hielo = 0°C

Temperatura de ebullición del agua = 100°C

2. Sumerja en el agua un termómetro con escala junto al termómetro que Ud. Ha escalado.

Compare la temperatura marcada por ambos mientras se enfría el agua caliente y sumérjalos en agua fría. Anote algunos valores en la tabla.

Obs: El pedazo de cerámica sirve para homogenizar el punto de ebullición.

¿Cuáles cree que fueron la causa de la diferencia entre las medidas?

Error en la lectura inicial 0°C debido a la exposición del medio ambiente dificultando la lectura marcada, el mismo caso en la lectura final. En ambos casos siempre esta presente el agente externo de la presión atmosférica.

3. Con los valores de la tabla, trace la gráfica de Temperatura (°C) vs. Tensión termoeléctrica (mV). Interprete la gráfica obtenida.

Se tuvo en la experiencia:

TABLAT(ºC) ∆V (mV)20 0,840 1,760 2,580 3,2100 4,0

TABLAT(°C) ∆V(mV)20 0.840 1.760 2.580 3.2100 4.0

z

Se ve que aproximadamente es una recta. Para mayores escalas de temperatura se la gráfica se debería aproximar a la recta J de la siguiente gráfica (nuestro termopar contiene hierro y constantán). Los termopares de este tipo ( J) poseen las siguientes características.

Es el más popular y ampliamente empleado de todas las combinaciones de metal base debido a su bajo costo.

Termoelemento positivo: Fe99,5%

Termolemento negativo: Cu55%, Ni45%

Rango limitado. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos.

F.E.M. producida: -8,096 mV/ºC a 42,919 mV/ºC.

Adecuado en atmósferas con escaso oxigeno libre. la oxidación de el hilo de hierro aumenta rápidamente por encima de 550ºC, siendo necesario un mayor diámetro del hilo hasta una temperatura limite de 750ºC.

4. Encuentre la sensibilidad del termopar construido; es decir ¿Cuál es la tensión termoeléctrica con una diferencia de temperatura de 1°C?

TABLAT(°C) ∆V(mV)20 0.840 1.760 2.580 3.2100 4.0

De 20°C a 40°C:

(1.7-0.8)/20=0.045 mV/ºC

De 40°C a 60°C:

(2.5-1.7)/20=0.04 mV/ºC

De 60°C a 80°C:

(3.2-2.5)/20=0.035 mV/ºC

De 80°C a 100°C:

(4.0-3.2)/20=0.04 mV/ºC

5. Averigüe qué otros termómetros existen y explique brevemente su funcionamiento y aplicación.

Termopares.

Los termopares son los más difundidos en la industria. Estos se basan en el efecto Seebeck que se presenta en la unión de dos aleaciones diferentes en presencia de calor.

Termistores.

Son pequeñas piezas de un semiconductor no caro que es altamente sensible a la temperatura.

Termómetro con líquido dentro de una ampolla de cristal.

Es el más viejo y usado en los hogares, contiene una solución que se expande a través de un tubo capilar.

RTD.

Son los sensores de temperatura más precisos que se comercializan. Están basados en un coeficiente positivo de temperatura, al variar la temperatura cambia la resistencia eléctrica.

Termómetros de radiación.

Incluye los pirómetros, cámaras infrarrojas, termómetros clínicos. Son de no contacto y se basan en las leyes de Plancks que se refiere a que todo material sometido a calor despide un espectro infrarrojo relacionado con su temperatura.

Sensores de temperatura de silicio.

Son semiconductores con circuitería interna capaces de medir la temperatura

y entregar un voltaje proporcional a esta, están calibrados para entregar un voltaje en

grados Celsius, Fahrenheit o Kelvin. Se usan comúnmente como referencias de

temperatura para termopares en lugar del baño de hielo.

VII. CONCLUSIONES

Existen varios tipos de termómetros entre los que se encuentran el termómetro de mercurio y el de alcohol que se presentan estos líquidos contenidos en un capilar donde se observa la dilatación de estos líquidos.

A medida que se incrementa la temperatura, a ello es acondicionada una escala lineal que se gradúa para nuestro caso en grados centígrados o Celsius

Otro tipo de termómetro es el de par termoeléctrico también conocido como termopar, el cual es un dispositivo que consta de 2 hilos de metal diferentes unidos o soldados en sus extremos que al ser expuestos al calor

IX. SUGERENCIAS / RECOMENDACIONES

Al momento de preparar el equipo verificar que todo se encuentre en orden A la hora de prender el mechero para hacer hervir el agua, tener mucho cuidado

de que no se voltee el mechero y ocasiones un accidente Fijarse que los cables estén UNIDOS y comprobarlo con el multimetro digital. Usar un paño para sacar los cubos de hielo Al finalizar el experimento comprobar que la válvula de gas este cerrada.