Calor Absorbido Disipado Y Convección eorema (límite en coordenadas polares) Si 𝑓:𝑈 ⊂ ℝ2 ⟶ ℝ una función de dos variables, 𝑥⃗𝑜 = (0,0) un punto de acumulación del 𝐷𝑜𝑚(� PDF

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Summary

.8.1. Definición. Sea 𝑓:𝑈 ⊂ ℝ𝑛 ⟶ ℝ un función definida en una vecindad de
𝑥⃗𝑜(𝑉(𝑥𝑜, 𝜌)). Diremos que la función 𝑓 es continua en 𝑥⃗𝑜,si para cada 𝜀 > 0, existe
otro número 𝜌 > 0⁄𝑠𝑖 ‖𝑥 − 𝑥𝑜‖ < 𝜌 entonces |𝑓(𝑥) − 𝑓(𝑥𝑜
)| < �...

Description

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS ASIGNATURA LABORATORIO DE FÍSICA

Semana N° 7 CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN

Docente PABLO CIRO ALARCON VELAZCO

Integrantes Cervantes Camargo Piero Gerimi Marcas Lizana Rudy Richard Tupia Arones Luis Daniel Grupo N°2

2021

CALOR ABSORBIDO/DISIPADO Y CONVECCIÓN I. OBJETIVO • Investigar el comportamiento de la energía térmica absorbida/disipada por una sustancia líquida. • Hacer un estudio comparativo de la cantidad de calor absorbido/disipado para diferentes proporciones del líquido. • Investigar cómo se transporta el calor en los fluidos

II. EQUIPOS / MATERIALES

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Caso 1: CALOR ABSORBIDO Y DISIPADO La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamente proporcional a su variación de temperatura. Esto es:

La ecuación (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde H/mc representa la pendiente y T0 la temperatura inicial. Si el cuerpo se encuentra en un sistema adiabático, el trabajo de dilatación se realiza a expensas de la energía interna. Sin embargo, la variación de la energía en el interior del cuerpo en un proceso no coincide con el trabajo realizado; la energía adquirida de esta manera se denomina cantidad de calor, es positiva cuando absorbe calor y negativa cuando disipa calor. La energía interna del cuerpo aumenta a costa de la cantidad de calor adquirida dq, y disminuye a costa del trabajo realizado por el cuerpo dw (principio de conservación de la energía en los procesos térmicos). Se le conoce como la primera ley de la termodinámica, y se expresa como:

Caso 2: CONVECCIÓN La propagación del calor se puede dar por tres métodos diferentes: conducción (en sólidos), convección (en fluidos) y radiación, a través de cualquier medio transparente a ella. Si hay diferencia de temperatura entre dos puntos, el calor siempre se propaga de la zona más caliente a la menos caliente. CONVECCIÓN: Es la manera más eficiente de propagación del calor, se da en los fluidos. Un fluido cálido, por diferencia de densidades, asciende hacia regiones menos calientes; por compensación un fluido frío desciende a tomar su lugar; si continúa así este movimiento, da lugar a la formación de células convectivas. Ejemplo, cuando el agua hierve se forman burbujas (regiones calientes) que ascienden hacia regiones menos calientes, las células convectivas en la atmósfera que dan lugar a las precipitaciones pluviales.

IV. PROCEDIMIENTO MONTAJE 1. CALOR ABSORBIDO/DISIPADO 1. Monte el equipo, como muestra el diseño experimental. 2. Coloque 400g de agua en el vaso pírex a temperatura del ambiente. 3. Encienda el mechero. Mantenga el flujo de calor constante durante toda la experiencia. La llama no debe ser muy fuerte ni estar muy cerca al vaso. 4. Agite el agua previamente y lea la temperatura cada 30s hasta llegar al punto de ebullición. Anote los datos en la Tabla N° 1. TABLA 1 (m = 400 g) Temperatura inicial = 20°C t (min)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

T(oC)

21

24

28

33

35

39

42

45

49

52

55

58

t (min)

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

T(oC)

61

64

67

70

73

75

77

79

81

83

85

87

t (min)

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

17.5

T(oC)

89

90

92

93

95

95

95

-

-

-

-

5. Repita los pasos (1) al (4) bajo las mismas condiciones anteriores; pero ahora para la mitad de la cantidad de agua que la anterior. Anote los datos en la Tabla 2. TABLA 2 (m/2 = 200 g) t (min)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

T(oC)

21

25

31

37

43

47

52

57

61

65

69

73

t (min)

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

T(oC)

77

80

83

86

90

92

94

95

95

95

-

-

6. Grafique la variación de temperatura T versus el tiempo t, para los dos casos anteriores. (Use papel milimetrado)

La pendiente de la recta es igual a la tangente del ángulo formado o al cociente entre el cambio de la temperatura y el tiempo.

7. Determine la ecuación de la gráfica por el método de mínimos cuadrados, considerando la temperatura hasta 750C.

Relacionando los datos de la Tabla y las variables del método de mínimos cuadrados obtendremos que la curva de tendencia del cuadro estadístico nos brinda la ecuación de una recta donde el valor de la pendiente sería 9.4286

De los gráficos ¿Cómo identificaría el líquido que tiene mayor masa?

Para poder identificar cual es la grafica que pertenece a un liquido de mayor masa tomamos un valor e un tiempo de referencia, comparamos los valores de tiempo correspondiente a cada temperatura, el que presente una temperatura mayor es el que presentara menor masa, en la grafica seria el que tenga menor pendiente. Determine la cantidad de calor absorbido para cada caso

para la tabla 1: Q=400(1)(95-20)=30 kcal para la tabla2: Q=200(1)(95-20)=15 kcal 8. Seque un cubo de hielo con una toalla de papel e introdúzcalo en el agua. 9. Continúe tomando la temperatura cada 10s, hasta 3 minutos después que el cubo de hielo se haya fundido. Anote los datos en la tabla 4. TABLA 4 t (seg)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

T(oC)

52

50

49

48

47

47

47

47

47

t (seg)

100

110

120

140

150

160

170

T(oC)

47

-

-

-

-

-

130 -

-

Determine el volumen final del agua. Vagua ( final) = ……………. ¿Qué masa tenía el agua originalmente? magua (original) = …150g …. ¿Qué masa tenía el hielo originalmente? mhielo (original) = ……………. Explique ¿cómo determinó estas masas? Usando la fórmula 1 presentada en este informe se puede lograr determinar la masa.

180 -

10. Haga una gráfica de T versus t. (Pegue aquí)

V. EVALUACIÓN 1. Si en lugar de agua, se utiliza otro líquido de mayor calor específico, pero de igual masa, ¿Cómo sería el gráfico? Trácelo y descríbalo. Recordando el concepto de calor específico podremos decir que es la resistencia natural que se manifiesta en una sustancia al cambiar su temperatura; en otras palabras, a mayor calor específico mayor resistencia a la variación de la temperatura. En el supuesto que se empleará otro líquido con mayor calor específico e igual masa del agua usada en el experimento mostrado, se lograría apreciar que la pendiente de la nueva recta disminuye su valor con respecto al tiempo.

2. ¿Por qué en el ajuste de la gráfica no se considera el intervalo de 75oC a 100oC? Si bien es cierto el comportamiento a medida avanza el tiempo tiende a ser lineal, ello no perdura mucho tiempo ya que al sobrepasar la temperatura de 75 °C el comportamiento cambia; es decir ya no es lineal a través del tiempo.

3. Determine el flujo calorífico en cada caso.Físicamente, ¿a quien se debe dicho valor ?

4. Indique el tiempo que demoró en recorrer el intervalo 80°C y 85°C. Revise el caso registrado entre 50°C y 55°C. Para la tabla 1: Para el intervalo (80-85) es de 1 minuto 15 segundos aproximadamente. Para la tablas 2: Para el intervalo (80-85) es de 50 segundos aproximadamente. 5. ¿Qué relación existe entre las pendientes de las diferentes gráficas y la cantidad de calor absorbida para los diferentes casos? Se desarrolló la experiencia con las mismas condiciones para notar la diferencia que hay cuando se trabaja con un volumen de agua, para luego trabajar con la mitad de ese volumen. 6. Investigue y explique sobre la convección forzada, de ejemplos de aplicación. Convección forzada La convección forzada tiene lugar cuando una fuerza motriz exterior mueve un fluido sobre una superficie que se encuentra a una temperatura mayr o menor que la del fluido. esta fuerza motriz exterior puede ser un ventilador o el viento, etc. como la velocidad del fluido en la convección forzada es mayor que en la convección natural se transfiere por lo tanto una mayor cantidad de calor para una determinada temperatura. Si en vez de partir de un fluido estacionario que se agita por el mero efecto de las diferencias de temperatura, forzamos el movimiento relativo con otros medios (con un ventilador en marcha, por ejemplo), tenemos lo que se conoce

como convección forzada. Si la velocidad relativa de partida es lo bastante grande, la que sería provocada por los cambios de temperatura se hace irrelevante. La «constante» de convección del modelo del enfriamiento de Newton se hace muy insensible a la temperatura. Además de esto, como la velocidad relativa puede ser muy grande, la eficacia de la convección forzada puede ser mucho mayor que la de la convección natural, Ejemplo: 1) diseñar sistemas de refrigeración para dispositivos electrónicos: cuando la refrigeración es por convección natural refrigeración pasiva la superficie necesaria para disipar el calor puede ser muchísimo mayor que la necesaria con un sistema de refrigeración por convección forzada refrigeración activa. 2) secador de pelo o de manos 7. Los motores automotrices no pueden refrigerarse por sí solos, ¿Qué sistemas usan y qué principio de propagación usan para disipar la energía calorífica? En los motores automotrices se utilizan dos sistemas de disipación de energía: Refrigeración por aire Este sistema consiste en evacuar directamente el calor del motor a la atmósfera a través del aire que lo rodea. Esto con el objetivo de mejorar la conductibilidad térmica o la manera en que el motor transmite el calor a la atmósfera, estos motores se fabrican de aleación ligera y disponen sobre la carcasa exterior de unas aletas que permiten aumentar la superficie radiante de calor. La longitud de estas aletas es proporcional a la temperatura alcanzada en las diferentes zonas del cilindro, siendo, por tanto, de mayor longitud las que están más próximas a la cámara de combustión. Refrigeración por agua Este sistema consiste en un circuito de agua, en contacto directo con las paredes de las camisas y cámaras de combustión del motor, que absorbe el calor radiado y lo transporta a un depósito refrigerante donde el líquido se enfría y vuelve al circuito para cumplir nuevamente su misión refrigerante donde el líquido se enfría y vuelve al circuito para cumplir su misión refrigerante. El circuito se establece por el interior del bloque y culata, para lo cual estas piezas se fabrican huecas, de forma que el líquido refrigerante circunde las camisas y cámaras de combustión circulando alrededor de ellas. La circulación del agua por el circuito de refrigeración puede realizarse por "termosifón" (apenas se ha utilizado) o con circulación forzada por bomba centrífuga En las minas subterráneas se presenta el problema de la circulación de aire. Investigue qué sistemas usan y con qué principio físico se desarrollan. La ventilación de una mina puede ser soplante o aspirante. En la soplante el ventilador impulsa el aire al interior de la mina o de la tubería. En el caso de aspirante el ventilador succiona el aire del interior de la mina (o la tubería) y lo expulsa al exterior. Aprovechando el movimiento de convección de los gases. 8. Se sabe que el Sol está constituido por diversos gases, investigue usted cómo ocurre el transporte de energía a través de él. El sol es un cuerpo que se encuentra en estado gaseoso, en forma de turbulencias el gas que se encuentra en la llamada zona de convección solar asciende desde dicha zona hasta la superficie solar y los gases que están en las capas más altas del sol descienden hacia la zona de convección

VI. CONCLUSIONES • Con la experiencia hecha en el laboratorio comprobamos que el calor absorbido depende de la temperatura. •

Al realizar este informe hemos comprobado que el calor tiende a desplazarse a zonas donde la temperatura es menor, todo ello con el objetivo de que se logre una temperatura de equilibrio en el sistema planteado.

•

Con respecto a las masas de los líquidos, se puede evidenciar que al aumentar dicha cantidad física fundamental el tiempo en que demora la sustancia en llegar al punto de ebullición es mayor; por lo que podemos afirmar que tienen a ser proporcionales...