Calculo de FEM - Laboratorio Fisica PDF

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CATEDRA DE LABORATORIO DE FISICA II DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS

Trabajo Practico N°3

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL - FACULTAD REGIONAL TUCUMAN

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Calculo de FEM

Ale, Nicolás Salomón Legajo: 43586

La Pila Patrón de Weston La pila patrón es un elemento destinados a producir una f.e.m. estable entre sus terminales. Debido a las distintas concentraciones que tiene el electrolito se conocen dos variaciones de esta pila: La Pila Patrón Saturada y la Pila Patrón No- Saturada. La pila patrón saturada tiene la forma de una H, siendo el electrodo positivo de mercurio y el negativo de una amalgama de cadmio y mercurio, empleándose como electrolito una solución saturada de sulfato de cadmio, asegurándose la saturación del electrolito por la presencia visible de cristales de sulfato de cadmio. El valor de la f.e.m. entre sus terminales es del orden de 1,0183 voltios, y puede obtener estabilidades del orden de 1 p.p.m./año; cuando es manipulada convenientemente. Imperfecciones de la pila patrón saturada: 







Elevado coeficiente de temperatura, del orden de −40 °C en los alrededores de 30℃. Para que el error debido a este coeficiente e temperatura sea pequeño, estas pilas deben estar sometidas a mínimas variaciones de temperatura, del orden de ±0,01°C o menos. Estas pilas nunca deben exponerse a temperaturas extremas, por debajo de 4℃ o superiores a 40℃. Deben evitarse cambios bruscos de temperatura, el periodo de recuperación después de una variación brusca de temperatura puede ser hasta de varios días dependiendo de la magnitud del cambio, de la edad de la pila, y probablemente de otros parámetros. Gran sensibilidad a las vibraciones por pequeña que estas sean, pudiendo por este efecto alterar irreversiblemente su f.e.m. En general se evita la utilización de dispositivos mecánicos para la retención de los materiales sólidos en las pilas saturadas, por ello estas no pueden ponerse en posición invertida, de lo contrario podrían resultar dañadas. Por consiguiente, estas pilas no pueden transportarse sin precauciones, por lo que, para efectuar comparaciones entre laboratorios, lo normal es transportarlas a mano. Generalmente se construyen con una barrera de retención sobre los electrodos para la sujeción de los mismos y pueden enviarse por transporte o como paquete postal. Admiten el paso de corriente dentro de unos límites muy estrechos, citando a modo de ejemplo 100 µA durante unos segundos y 10 µA durante un minuto, como valores que pueden ser tolerados, y para que la pila, trascurrido un periodo de recuperación de la misma duración aproximadamente retorne a su valor original. Una pila que haya sido puesta en cortocircuito es probable que sufra una variación permanente de su f.e.m. Para evitar daño, se debe colocar una resistencia protectora (Rp) en serie con la pila durante la normalización de un potenciómetro. Presentan una resistencia interna del orden de 1 KΩ por lo que durante la medida se debe limitar el paso de corriente para evitar la consiguiente caída de tensión interna. Este defecto se subsana con el empleo de detectores de cero de elevada sensibilidad, limitándose a 10 pA el valor de la corriente que circula a través de las pilas, con lo que la caída de tensión interna no sobrepasa los nV, cantidad que se considera despreciable.

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Trabajo Practico N°3

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Método de oposición de Poggendorff El método de oposición de Poggendorff es utilizado para medir el potencial (voltaje) en un circuito. En este dispositivo, una fracción de un voltaje constante y conocido se opone con un voltaje desconocido conectado en serie con un galvanómetro. El potenciómetro es ajustado de forma tal que el galvanómetro no acuse pasaje de corriente, indicando que el potencial es igual y opuesto al voltaje desconocido. En este punto, la magnitud del potencial puede ser calculada a partir de la posición del potenciómetro, el cual ha sido calibrado previamente con una pila estándar o patrón. Debido a que las celdas o pilas tienen una resistencia interna, hace que la medida de la FEM con métodos donde se produce circulación de corriente en el circuito, como por ejemplo los voltímetros, genere una lectura incorrecta en el valor del potencial. Este efecto se hace aún más importante en aquellas pilas que son afectadas por la polarización. Esta es la razón por la cual el uso del método de oposición, donde la medida se realiza con circulación de corriente nula, sea todavía importante en trabajos de medición eléctrica y estandarización en áreas como la Electroquímica. Instrumental Galvanómetro

Rango: 100 – 0 – 100 Nº de divisiones: 100 K=1

Puente de Hilo Rango: 0 – 1000 mm. K=1

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Pila Patrón

VP= (1,0183±0,0001) V.

Procedimiento En este circuito, las terminales de una resistencia constante R1 se conectan a un suministro de corriente continua VS que va a suministrar un voltaje externo constante. El potenciómetro es primero calibrado, seleccionando una resistencia R2 de modo de coincidir con el voltaje de una celda o pila estándar EP. Se utiliza una celda estándar cuya FEM es conocida.

El potenciómetro es calibrado y luego empleado para medir un voltaje desconocido. R es la resistencia total. RP y RX representan las resistencias parciales logradas a partir del ajuste del potenciómetro.

El voltaje VS es entonces ajustado hasta que el galvanómetro no muestra pasaje de corriente, indicando que el voltaje en R2 es igual al voltaje de celda estándar EP. Así: 𝑅𝑃 𝐸𝑃 = 𝑉𝑆 𝑅 Luego, un voltaje desconocido Ex se conecta en serie con el galvanómetro, variando el potenciómetro para obtener una resistencia R3 hasta igualar al voltaje desconocido EP. En este caso: 𝑅𝑋 𝐸𝑋 = 𝑉𝑆 𝑅

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El Siguiente paso consiste en calcular el voltaje desconocido a partir de las resistencias aplicadas: 𝑅𝑋 𝐸𝑋 = 𝑅𝑃 𝐸𝑃 De este modo se independiza la medición de VS. Ya que la resistencia usada en el experimento, es un puente de hilo, solo queda expresar RP y RX en función de sus longitudes: 𝑙 𝜌 ( 𝑠𝑋) 𝑙 𝜌 ( 𝑠𝑃)

=

𝐸𝑋 𝐸𝑃

Se simplifican ρ y s: 𝑙𝑋 𝐸𝑋 = 𝑙𝑃 𝐸𝑃 Finalmente, el valor de EX es: 𝐸𝑋 =

𝑙𝑋 ∗ 𝐸𝑃 𝑙𝑃

Las mediciones efectuadas fueron:  

lP= (564±1) mm. LX=(933±1) mm.

Reemplazando en la ecuación anterior obtenemos el valor preliminar de EX: 𝐸𝑋 =

933𝑚𝑚 ∗ 1,0183𝑉 => 𝐸𝑋 = 1,68453 𝑉 564𝑚𝑚

El error se calcula de la siguiente forma: ∆𝐸𝑋 = ( ∆𝐸𝑋 = (

∆𝑉𝑝 ∆𝑙 ∆𝑙 + + ) 𝐸𝑋 𝑉𝑃 𝑙𝑋 𝑙𝑃

1𝑚𝑚 1𝑚𝑚 0,0001𝑉 + + ) 1,68453𝑉 => ∆𝐸𝑋 = 0,005 𝑉 1,0183𝑉 933𝑚𝑚 564𝑚𝑚

Por lo tanto, el valor acotado de EX es: (1,684±0,005) V....