Practica #1- Densidad de una sustancia PDF

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UNIVERSIDAD DE SONORADIVISIÓN DE INGENIERÍADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMASLABORATORIO FLUIDOS Y ELECTROMAGNETISMORAUL ARCHULETA GRACIAPRACTICA 1: “Densidad de una sustancia”ALUMNAS:Morales Mendivil Jaqueline (219206827) Robledo Valenzuela Fernanda (219214757) Rodríguez Avalos Eli...

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UNIVERSIDAD DE SONORA DIVISIÓN DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

LABORATORIO FLUIDOS Y ELECTROMAGNETISMO RAUL ARCHULETA GRACIA

PRACTICA 1: “Densidad de una sustancia” ALUMNAS: Morales Mendivil Jaqueline (219206827) Robledo Valenzuela Fernanda (219214757) Rodríguez Avalos Elizabeth Alejandra (219201248) Silvas Arias Metzli ( 219200861) Valenzuela Pacheco Claudia Paola (219210754)

SEMESTRE: 3ro FECHA: 28 de agosto de 2020

PRÁCTICA NÚMERO 1 DENSIDAD DE UNA SUSTANCIA I. Objetivo: Determinar la densidad de un líquido y un sólido midiendo su masa y su volumen. Crear una columna y gráficas de líquidos y sólidos ordenados por su densidad. II. Material: 1. Una balanza granataria de 0.1 gramo. 2. Una probeta de 0-100 ml. 3. Una pipeta de 10 ml. 4. Agua. 5. Pedazos de madera, aluminio, canicas u otro sólido de forma regular. 6. Muestras de aluminio. 7. Vernier. 8. Aceite para limpieza de muebles. 9. Pizeta

III. Introducción: La densidad de una sustancia homogénea es una propiedad física que la caracteriza y está definida como el cociente entre la masa y el volumen de la sustancia que se trate. Las unidades más comunes de la densidad son g/ml y kg/m3. En el caso concreto del agua, su densidad es 1g/ml o bien 1000 kg/m3. Esta propiedad depende de la temperatura, por lo que al medir la densidad de una sustancia se debe considerar la temperatura a la cual se realiza la medición. En el caso de sustancias no homogéneas lo que obtenemos al dividir la masa y el volumen es la densidad promedio. En esta práctica se determina la densidad de un líquido y un sólido homogéneos y se calcula la incertidumbre obtenida con los instrumentos empleados. Es importante tener en cuenta que, puesto que los líquidos varían su volumen con la temperatura, la densidad también sufre esta variación. IV. Procedimiento: (A) Determinación de la densidad del agua: Antes de comenzar a realizar las mediciones tenemos que calibrar la balanza mediante su tornillo de contrapeso para obtener los valores más apegados a la realidad, mediremos la masa de la probeta cuidando que se encuentre limpia y seca, añadimos agua dentro de la probeta hasta que alcance aproximadamente los 60 ml procurando que el menisco del agua quede muy cerca de una de las líneas de graduación de la probeta. Utilizamos una pipeta para poner el menisco en la marca deseada.

Tomamos en cuenta que no quedará líquido en las paredes externas e internas de la probeta para no alterar la medición de volumen y masa. (Importante: El menisco del agua debe quedar tangente a la marca del volumen que se estudia. Tenga cuidado de que sus ojos estén a la misma altura del nivel del líquido para disminuir los errores asociados al proceso de medición.) Una vez que obtuvimos el volumen, sacamos el valor que mide la masa de la probeta con el agua con la balanza. Sin vaciar la probeta añadimos agua hasta la marca aproximada de 70 ml. Volvimos a repetir la operación anterior para cada uno de los volúmenes aproximándonos a los siguientes: 80, 90 y 100 mililitros.

(B) Determinación de la densidad para un sólido regular. Seleccionamos cinco muestras de un mismo material y que tuvieran forma geométrica regular. Con ayuda del vernier medimos cada una sus dimensiones y con ellas calculamos su volumen y su masa correspondiente. Repetimos el mismo proceso hasta terminar con las 4 muestras faltantes. NOTA: En el caso de haber usado piezas metálicas u otro material que no flote en el agua, determine el volumen de cada pieza sumergiendo cada una en agua y determinando el volumen desplazado de agua por cada pieza. Utilice la probeta para medir el volumen desplazado y la tabla de la siguiente sección para reportar los resultados. (C) Primer Objetivo: Determinar la densidad de un líquido midiendo su masa y su volumen. Calibrar la balanza en ceros, después pesar la probeta (118.7gr), volver a poner la balanza en ceros. En la pizeta se le agrega el aceite y después se vierte en la probeta. Tener en cuenta que en la probeta no haya ninguna gota de algún líquido en las paredes y que no se formen burbujas al momento de agregar el aceite (D) Segundo Objetivo: Crear una columna de líquidos ordenados por su densidad. Utiliza el video para analizar cómo se creó la columna de líquidos de diferente densidad y los fenómenos que se observan. V. Actividades a realizar (A) Para el agua: 1. Con las masas de la sustancia, los volúmenes correspondientes y la expresión para la densidad, calcule la densidad del agua.

2. Obtendrá 5 valores de densidad para el agua, correspondientes a las 5 mediciones. 3. Con esos 5 valores de densidad, calcule: • El valor promedio de la densidad del agua. • La desviación media. • El error relativo porcentual.

Medida

V

M

ρ

1

60 cm3

59.8 gr

0.9966 gr/cm3

2

70 cm3

69.5 gr

0.9928 gr/cm3

3

80 cm3

79.9 gr

0.9987 gr/cm3

4

90 cm3

89.8 gr

0.9977 gr/cm3

5

100 cm3

99.6 gr

0.9960 gr/cm3

ρ =0.9964

 δρ =2.247x10

-3

ε =0.0022 %

Podemos reportar estos resultados para la densidad del agua como ρ= ρ ± δρ Escriba el valor promedio con las cifras significativas (cifras decimales) de acuerdo a la incertidumbre obtenida. Por ejemplo si la densidad promedio del agua al hacer los cálculos resulta 1.0243 gr/cm3 y la desviación media es 0.01 gr/cm3 entonces debemos redondear el resultado como: ρ = 1.02 ± 0.01 gr/cm3 ● Resultado de la densidad del agua: -3

ρ= ρ ± δρ; ρ= 0.9964 ± 2.247x10 ρ=0.996 ± 0.002 gr/cm3

(B) Para el caso del sólido: 1. Con el volumen obtenido utilizando las dimensiones de cada pieza y la masa correspondiente, calcule la densidad de cada muestra. 2. Con el volumen desplazado por el agua en cada caso, determine la densidad de cada muestra. 3. En virtud de que son 5 muestras, deberá encontrar 5 valores de densidad con cada método. 4. Con los 5 valores de densidad obtenga:

• El valor promedio de su densidad. • La desviación media. • El error relativo porcentual. Utilice la siguiente tabla. DENSIDAD DEL SÓLIDO MIDIENDO EL VOLUMEN GEOMÉTRICAMENTE

Medida

V

M

ρ

1

6.86 cm3

54.3 gr

7.915 gr/cm3

2

39.40 cm3

305.6 gr

7.756 gr/cm3

3

3.05 cm3

24.2 gr

11.278 gr/cm3

4

2.91cm3

32.8 gr

11.271 gr/cm3

5

2.66 cm3

30 gr

11.278 gr/cm3

ρ =9.2311

δρ = 1.8668

ε =0.2022 %

DENSIDAD DEL SÓLIDO MIDIENDO EL VOLUMEN DESPLAZADO DE AGUA

ρ=

Medida

V

M

ρ

1

3 cm3

24.2 gr

8.06 gr/cm3

2

2.5 cm3l

30 gr

12 gr/cm3

3

3 cm3

32.8 gr

10.93 gr/cm3

4

40 cm3

305.6 gr

7.64 gr/cm3

5

7 cm3

54.3 gr

7.75 gr/cm3

9.2794

δρ = 2.0379

ε = 0.2196%

NOTA: 1 ml = 1 cm3 (C) Primer Objetivo: a) Con las masas de la sustancia, los volúmenes correspondientes y la definición de densidad, calcula la densidad del aceite. b) Obtendrás tantos valores de densidad para el aceite, como parejas de datos (V, m) existan en el video. c) Con el conjunto de valores de densidad, calcula: • El valor promedio de la densidad del aceite.

• La desviación media de la densidad. • El error relativo porcentual promedio. Datos para el Aceite Medida

V

M

p

1

32.5cm3

26.5g

0.815gr/cm3

2

46.7cm3

38.4g

0.822gr/cm3

3

56.9cm3

44.3g

0.778gr/cm3

4

66.9cm3

55.5g

0.829gr/cm3

5

77.2cm3

64.3g

0.832gr/cm3

6

87.2cm3

72.7g

0.833gr/cm3

7

94cm3

78.3g

0.8329gr/cm3

ρ =0.8203

δρ = 0.820

ε = 15.159

4. Grafique para cada sustancia la masa en función de su volumen en una hoja cuadriculada aparte. GRÁFICAS DE MASA EN FUNCIÓN DE SU VOLUMEN:

Nota. Para el caso de varias mediciones de una misma propiedad, llamamos a la desviación de una medición A como δA = |A- − A |, donde − A es el promedio de todas las mediciones realizadas y las barras (| |) indican valor absoluto. Así, la desviación media de las mediciones (δA ) será el promedio de las desviaciones obtenidas. El error relativo porcentual de una medición A ( ε ) es el cociente de la desviación correspondiente δA y el valor promedio de las mediciones − A multiplicado por 100, es decir •= 100)/( . − δε AA El error relativo porcentual promedio (− ε ) del conjunto de mediciones es el promedio de los errores relativos de las mediciones realizadas.

VI. Consultas y preguntas 1. ¿Cuál es el error porcentual obtenido en la medición de cada sustancia? Error porcentual de densidad del: Líquido (Agua) -0.22% Sólido Midiendo el volumen geométricamente -20.22% Sólido midiendo el volumen por agua desplazada -21.96% 2. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la medición de la densidad de un líquido por el método usado ? Sea claro y concreto en la respuesta a la pregunta.

La fuente error más común sería el método usado para medir el volumen, esto se debe a que depende del instrumento a usar, será más precisa la cantidad del líquido que se busca tener y que esta no falte. 3. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la medición de la densidad de un sólido por este método ? Sea claro y concreto en la respuesta a la pregunta. De los dos métodos utilizados para medir la densidad de un sólido ¿Cuál método presenta menor error? Explique. Principalmente la medición de los líquidos tiene que ser lo más exacta posible y tomarla en cuenta tal cual es, para que no tenga un gran margen de error/ se alteren los resultados de forma que al realizar los cálculos de la densidad de los objetos se obtengan los resultados lo más apegados a la realidad posible. El error que podemos observar al medir el volumen de un objeto geométricamente es que hay que tomar en cuenta muy bien qué tipo de escala se utilizará y realizar las medidas con exactitud. El método que presentó menor margen de error en la densidad del objeto, fue midiendo el volumen geométricamente, esto es gracias a que es más preciso realizar mediciones con alguna herramienta que cuyo objetivo es ese, que al sumergirlo en un líquido para obtenerlo. 4. ¿Qué diferencia presentan las gráficas de la masa contra el volumen de ambas sustancias? La diferencia es la pendiente de cada recta representada en las gráficas de cada una de las sustancias analizadas pero a pesar de eso podemos ver como hay pocas similitudes en ellas.

5. ¿Qué representa la pendiente de las gráficas de la masa contra el volumen? Es la representación de la densidad de cada sustancia, y lo podemos comprobar aplicando la fórmula de la pendiente, usando x como la masa entonces queda en la función pendiente volumen es igual a masa sobre volumen y esa es la fórmula determinada de la densidad. 6. En base a los resultados obtenidos para cada sustancia ¿Cuál es la masa de 1 litro de cada una de ellas? Sustancia 1

7,915.45 gr.

Sustancia 2

7,756.34 gr.

Sustancia 3

11,271.47 gr.

Sustancia 4

11.278.19 gr.

Sustancia 5

7,934.42 gr.

7. ¿Qué volumen ocupan 1000 Kg de cada una de las sustancias a las que se les calculó la densidad? Sustancia 1

0.1263m^3

Sustancia 2

0.1289m^3

Sustancia 3

0.0887m^3

Sustancia 4

0.0866m^3

Sustancia 5

0.01270m^3

8. ¿Qué limitaciones tiene el método que se usó para medir la densidad del sólido? Una de las limitaciones que encontramos es que el poder obtener densidades de sólidos de gran tamaño se complica, ya que el obtener el volumen con una probeta y sumergirlo en el líquido presenta márgenes de error ya que en la graduación de un instrumento de este tipo en la graduación del instrumento a usar como la probeta que pierde su graduación de mililitros dependiendo del tamaño de esta una de capacidad de 100ml va de 1 ml a 1 ml mientras en una de 500 va de 5 ml en 5 ml, lo cual la hace más imprecisa. 9. A partir de las precisiones de la medición de la masa con la balanza utilizada y de la medición del volumen con la probeta, ¿Cómo se propaga el error en la determinación de la densidad?. ¿Cuántas cifras son significativas en el valor de la densidad obtenida en cada caso?

Ya que no contamos con los instrumentos (balanza y probeta) no podemos predecir cuál es el error de esta densidad, así como tampoco el número de las cifras significativas. PREGUNTAS SOBRE OBJETIVO 1 1. Describe brevemente el procedimiento utilizado para determinar la densidad del líquido. Después de haber observado el video en donde el maestro nos explica cómo lleva a cabo el procedimiento para obtener la masa y el volumen del aceite, hicimos la tabla de “Datos para el aceite”, y ahora para calcular la densidad, cada medida de las 7 que son, dividimos la masa (g) sobre el volumen (c m3 ) 2. ¿Cuál es el error porcentual obtenido en la medición de la densidad del aceite? 15.159, resulta de la operación de la suma de todas las densidades dividida entre el número de muestras y después dividirlo en la suma de las densidades, después multiplicarlo por 100. 3. ¿Cuál es la fuente principal de error en la medición de la densidad del aceite? Los errores son muy comunes en las prácticas estas fueron algunas: debido al fenómeno la superficie del líquido no es plana es un menisco o burbujas también afectan. 4. Supón que, por descuido, no se elimina el líquido de las paredes de la probeta. Explique el efecto que tendría ese líquido en el valor obtenido de la densidad ¿Se obtiene un valor más grande o más pequeño? Considero que sería un valor más grande, ya que habría más volumen y más masa. 5. ¿Qué representa la pendiente de la gráfica de la masa contra el volumen? La densidad que hay en cada medida de aceite 6. Cuando se tiene un sólido irregular, el principal problema es conocer su volumen. Describe brevemente cómo se podría medir el volumen de ese sólido. En una probeta (si el sólido no es muy grande) se llena con un líquido y se toma la medida del volumen de ese líquido y después se agrega el sólido y se anota la nueva medida obtenida y se le resta a la que ya teníamos del volumen, y ese será nuestro volumen. PREGUNTAS SOBRE OBJETIVO 2

1. Con el volumen del picnómetro y la masa que marca la balanza en el video, calcula el valor de la densidad de cada una de las sustancias de la columna de líquidos. Incluye el procedimiento de cálculo. Como ya sabemos la densidad de un objeto se calcula con su Masa (gr) sobre su Volumen (cm3) 2. Si se colocara en la superficie del alcohol una muestra de acrílico, explica dónde consideras que quedaría en reposo. No nos fue posible observar este experimento, por lo que no podríamos explicar dónde quedaría el reposo, ya que no tenemos la idea de como esta en si la superficie del alcohol. Pero podría decir que quedaría en reposo en el fondo, ya que es más denso el acrílico que el alcohol. 3. Si se hubiera vaciado primero el jabón lavatrastes y luego la miel ¿Como quedarían ordenados en el recipiente? ¿Habría alguna diferencia si en el procedimiento los líquidos se derraman por la pared? La miel se iría al fondo y el jabón quedaría arriba, debido a que el jabón tiene menos densidad que la miel. Si se derraman por la pared, se quedarían ahí y tardarían un poco en bajar, por lo que el jabón llegaría antes que la miel, pero si se deja a que se terminen de caer por las paredes, se observaría que la miel queda abajo y el jabón arriba. 4. Se observa que los líquidos están ordenados por su densidad: El de mayor densidad más abajo. Pero, cuando se vacían, uno por uno, en el recipiente para formar la columna, se nota que unos se mueven con más dificultad que otros. De acuerdo a lo que observaste, indica cuál de los cuatro líquidos se movió más lentamente al vaciarlo, cuál le siguió y, finalmente, el que se movió con mayor facilidad ¿Qué característica del fluido es la que mide o caracteriza esa resistencia a fluir? La viscosidad. Conclusión Para concluir este reporte nos dimos cuenta que los diferentes métodos que existen para medir el volumen de una sustancia ya sea geométricamente o usando el método del agua (según sus desplazamiento) se obtuvieron valores muy parecidos para cada sustancia uno con mayor error que otro para la densidad. A pesar de que los datos se midieron con mucho cuidado existe mayor error en las mediciones pues debido a la pandemia que estamos viviendo en la actualidad por el COVID-19 que para cuidarnos estamos en nuestras casas y con ello tenemos

clases virtuales no contamos con instrumentos de laboratorio que nos ayude a medir con mayor exactitud y con menor margen de error. Por ello en este reporte existe errores mayores, pero fue elaborado con la ayuda de la teoría de la materia “Fluidos y electromagnetismo” y observando el experimento en videos de Youtube (link en referencia) y nos dimos cuenta que los sólidos son mejor medir la densidad con los cálculos geométricos y en toda mezcla homogénea se debe tomar en cuenta la temperatura en la que se encuentre.

Referencias: ❖ https://www.youtube.com/watch?v=qJovEevVBYI ❖ https://www.youtube.com/watch?v=6wcLr-qng14 ❖ https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/12655/11.%20Art%C3%ADculo %20docente.%20Determinaci%C3%B3n%20de%20la%20densidad%20de%2 0un%20l%C3%ADquido%20con%20el%20m%C3%A9todo%20del%20picn% C3%B3metro.pdf?sequence=1#:~:text=2%20Introducci%C3%B3n,kg%2Fm3 %5B2%5D....