Practica 1 Termodinamica chico venancio

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Aragón Práctica 1: Conceptos Básicos “Densidades” Alumno: Antonio Portilla Xocua NC: 308283765 Grupo: 8025, Jueves de 16:00 HRS a 17:30 HRS Ciclo: 2013-1 Fecha de realización: Jueves 23 de agosto de 2012 Fecha de Entrega: Jueves 30 de agosto de 2012 Calificación: Conceptos Básicos: Densidades 1

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Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Estudios Superiores Aragón

Práctica 1: Conceptos Básicos “Densidades”

Alumno: Antonio Portilla Xocua

NC: 308283765

Grupo: 8025, Jueves de 16:00 HRS a 17:30 HRS

Ciclo: 2013-1

Fecha de realización: Jueves 23 de agosto de 2012

Fecha de Entrega: Jueves 30 de agosto de 2012

Calificación:

Conceptos Básicos: Densidades 1

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Introducción

En esta práctica podremos demostrar y comprobar una de las propiedades de la materia como es la densidad, a través de experimentos en el laboratorio llegaremos a una comprobación solida de como se cumplen los principios de la densidad de la teoría en la practica.

Veremos como varía la densidad dependiendo del material y del medio al que sea expuesto.

Observaremos que La densidad es una propiedad específica de la materia que nos permite diferenciar unos materiales de otros.

Mide, en cierto modo, lo concentrada que esta la masa de un cuerpo. Por ejemplo, el plomo tiene la densidad mayor que la madera.

La densidad es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo.

La densidad es una propiedad física de la materia que describe el grado de compacidad de una substancia. La densidad describe cuán unidos están los átomos de un elemento o las moléculas de un compuesto. Mientras más unidas están las partículas individuales de una substancia, más densa es la substancia. Puesto que las diferentes substancias tienen densidades diferentes, la medidas de la densidad son una vía útil para identificar las substancias.

Como cada unidad material representa un átomo o molécula y estos tienen masa, la que se mide en gramos o en kilogramos, entonces la densidad de una materia representa cuántos gramos o kilogramos hay por unidad de volumen.

Hay sustancias que tienen más átomos por unidad de volumen que otros, en consecuencia tienen más gramos, o kilogramos, por unidad de volumen. Por lo tanto, hay sustancias que tienen más densidad que otros.

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PRACTICA #1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES:

“DENSIDADES”

OBJETIVO:

Comprender los conceptos adquiridos de masa, peso, volumen, densidad absoluta y densidad relativa.

ACTIVIDADES:

1. Determinar la densidad de dos metales de forma regular y diferente material, a partir de la obtención de su volumen, midiendo los lados de los cuerpos geométricamente regulares.

2. Determinar la densidad de los metales y de un cuerpo geométricamente irregular (piedra de tezontle o concreto), aplicando el principio de Arquímedes a los cuerpos antes mencionados.

3. Determinar la densidad relativa de tres líquidos, utilizando el Hidrómetro de Boyle graficando la altura del agua (h agua) contra la altura del liquido (h liquido) a medir y ajustar la recta obtenida por el Método de Mínimos Cuadrados.

4. Determinar la densidad de los líquidos utilizados en la actividad 3, mediante el empleo del densímetro.

5. Comprobar la densidad, mediante la observación realizada con los diferentes líquidos utilizados en la actividad 3.

MATERIAL Y/O EQUIPO:

1 Balanza granataria.

1 Flexòmetro de 2 m.

1 Probeta graduada de 500 ml.

1 Hidrómetro de Boyle.

2 Vasos de precipitados de 600 ml.

2 Cuerpos metálicos de diferentes materiales.

1 Trozo de piedra de tezontle o concreto.

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1 Densímetro.

1 Termómetro mercurial -10 a 50 C.

1 Pinza.

2 Vasos de precipitados de 150 ml.

SUSTANCIAS:

150 ml de alcohol.

150 ml de agua.

150 ml de gasolina.

150 ml de salmuera.

ASPECTOS TEORICOS:

Masa:

En la cantidad de materia de que un cuerpo. En términos más específicos, la masa es una medida de la inercia, que un cuerpo manifiesta en respuesta de cualquier esfuerzo que se hace para ponerlo en movimiento, detenerlo, o cambiar de alguna otra forma su estado de movimiento. Sus unidades son: Kg, g, lb.

Volumen:

Es considerado como la medida del espacio en tres dimensiones, ocupado por un cuerpo. Sus unidades son: m3, cm3, in,3.

Volumen Específico (V esp ) :

Es el volumen de una sustancia entre su masa:

Densidad Absoluta (ρ abs) :

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Es el cociente de la masa por unidad de volumen: Es decir el reciproco del volumen específico: La densidad absoluta del agua a 4°C es de:

Densidad Relativa (ρ rel) :

Es la relación o cociente entre la densidad del cuerpo (ρ abs) y el correspondiente a otra sustancia que se tomara como patrón. En los sólidos y líquidos la (ρ rel)

se suele referir al agua, mientras que en los gases, normalmente, se refiere al aire.

Principio de Arquímedes:

Un objeto totalmente sumergido desplaza siempre un volumen del líquido igual a su propio peso.

Areómetros y Densímetros:

Se les da este nombre a diferentes aparatos que basados en el Principio de Arquímedes, se utilizan para medir las densidades de sólidos y líquidos.

Densímetros:

Cuando los areómetros tienen una escala vertical graduada en la cual se lee directamente la densidad de los líquidos en que se introducen, reciben el nombre de densímetros y cuando se utilizan para medir determinadas densidades, reciben nombres especiales, tales como

pesa ácidos, pesa sales, pesa leches, etc.

Existen dos clases de areómetros:

Areómetros de Inmersión Constante

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A. Areómetro de Nicholson.- Es uno de los más utilizados ,consiste en un flotador de tubo metálico hueco que lleva suspendido en su parte inferior una canastilla provista de una tapadera perforada y en la superior lleva un platillo en el extremo del vástago que tiene un índice. El cono inferior del tubo hueco va lastrado con plomo con el objeto de bajar el centro de gravedad de la parte sumergida; de esta manera se mantiene vertical el aerómetro.

B. Areómetro de Inmersión Variable:

Los areómetros de inmersión variable son de dos tipos: areómetros de flotación o inmersión variables y areómetros de Paquet.

1. Areómetro de Flotación.- Son los utilizados principalmente para medir pesos específicos de líquidos, colocando el areómetro en un liquido de densidad conocida y después es uno de densidad desconocida; de los valores de los volúmenes sumergidos se deduce el valor del peso especifico desconocido aplicando el principio de Arquímedes.

2. Areómetro de Paquet.- Tiene en la parte superior una capsula con divisiones que representan centímetros cúbicos y decimas de centímetros cúbicos. El vástago esta graduado en decimas de gramo.

Existen también otros aparatos que nos ayudan a determinar las densidades, por ejemplo:

Balanza de Mohr-Westphal.- Esta consiste en un abalanza de brazos desiguales que lleva en el brazo mayor un lastre o flotador y pesas distintas para contrarrestar el empuje ascendente sobre el flotador. Esta se basa en inmersión constante. Este tipo de balanza son muy utilizados en la práctica, ya que no se requiere de ningún cálculo en virtud de la forma en que se procede a los detalles de manipulación.

Picnómetro o Frasco.- Consiste en un frasco de 50 cm 3 aproximadamente, y tiene un tapón con un tubo y un ensanchamiento. El tubo lleva una señal hasta la cual debe llegar el líquido. Otra forma de picnómetro es un frasco que tiene un tapón con una perforación capilar destinada a fijar con toda precisión el volumen del liquido contenido en el. Este nos ayuda a determinar la densidad de un líquido o de un sólido.

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DESARROLLO:

Actividad 1: Densidad de los metales de forma regular.

1. Calibrar la balanza.2. Medir la masa de los metales, y anotar su valor en la tabla 1.1A3.3. Medir uno de los lados del cuerpo regular. Anotar su valor en la

tabla 1.1A4.4. Determinar el volumen de los cubos de metal mediante la

siguiente expresión. Anotar su valor en la tabla 1.1B Donde:V m= Volumen del metal (m3, cm3, in3).L1, l2, l3= Longitudes del metal (m, cm, in)

5. Calcular la densidad del metal, utilizando: Donde: ρ m= Densidad del metal (Kg/m3, gr/cm3, lb/in3).Mm= Masa del metal (Kg, gr, lb).Vm= Volumen del metal (m3, cm3, in3).

Actividad 2: Obtención de la densidad aplicando el principio de Arquímedes.

1.Determinar la masa de la piedra y de los metales con la balanza. Anotar la lectura en la tabla 1.2ª

2. Suministras 300 ml de agua en el vaso graduado de 600 ml

3. Introducir uno de los cubos de metal en el vaso de precipitado de 600 ml para determinar su volumen desplazado. Anotar su valor en la tabla 1.2

4. Con las pinzas sacar el cuerpo metálico.

5. Introducir el otro cuerpo metálico en el vaso precipitado de 600 ml. Anotar su valor en la tabla 1.2

6. Con las pinzas sacar el cuerpo metálico.

7. Introducir en el mismo vaso el trozo de piedra y determinar su volumen desplazado. Anotar su valor en la tabla 1.2

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8. Determinar la densidad de los materiales, utilizando la siguiente ecuación. Anotar sus valores en la tabla 1.2B; Donde

Donde: ρ abs = Densidad absoluta (Kg/m3, gr/cm3, lb/in3) m = Masa de los materiales (Kg, gr, in)v = Volumen (m3, cm3, in3) vf = Volumen final del liquido. vi= Volumen inicial del liquido.

Actividad 3: Hidrómetro de Boyle.

1. En el Hidrómetro de Boyle se colocan dos vasos de precipitado con un volumen de 150 ml de agua y alcohol respectivamente.

2. Seleccionar cinco lecturas que estén dentro del rango de la jeringa, observando que la altura de los líquidos en los tubos no sobrepase la altura de los mismo (efectuar cinco lecturas con el flexòmetro); como se muestra en la figura. Anotar las lecturas en la tabla 1.3ª

3. Realizar el procedimiento del paso anterior con la salmuera y la gasolina. Anotar su valor en la tabla 1.3APuesto que la presión de vacio es la misma en ambas columnas y el área es la misma, se

tiene que: Pa= Pl, ya que

Aplicando la ecuación de la presión hidrostática; Donde:

P = Presion (N/m2, D/cm2, lbf /in2) ρ=Densidad (kg/m3, gr/cm3, lb/in3) g = Gravedad local (m/s2) h= Altura (m, cm, in)

Analizando Pa,se tiene :

Ahora Pl:

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Y si Pa= Pl, tenemos:

Eliminando (g) en ambas ecuaciones:

Pasando las alturas al miembro izquierdo:

Pero la densidad relativa es:

Y como se considera, que cuando dos líquidos son homogéneos, las

densidades son proporcionales a las presiones, entonces:

Por lo que:

Donde:

-ρ rel = Densidad relativa del liquido (a dimensional)

-ha = Altura de la columna de agua (m, cm, in)h

-l = Altura de la columna del liquido (m, cm, in)P

-a = Presión del agua (N/m2, D/cm2, lb-in/in2)Pl= Presión del liquido (N/m2, D/cm2, lb-in/in2)

- Ρa = Densidad del agua (Kg/m3, gr/cm3, lb/in3)

-ρl = Densidad del liquido (Kg/m3, gr/cm3, lb/in3) Para obtener un valor estándar de la densidad del liquido se graficara en una hoja milimétrica (ha–hl).

Para obtener un solo valor, se linealizará mediante el método de mínimos cuadrados. La ecuación de la línea recta en su forma ordinaria

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es: Donde:m = Representa la pendiente de la línea recta. b = Es la ordenada al origen. Ahora la ecuación para determinar la

pendiente de una línea dados dos puntos, se expresa:

Donde: y2 –y1 = Representan la altura del agua, es decir ha x2 –x1= Representan la altura del líquido, es decir hl por tanto:

Si:

Lo cual indicaría que el valor de la pendiente es igual a la densidad relativa de un líquido desconocido.

Para determinar “m” y “b”, aplicamos la formula de mínimos cuadrados y de esta forma ajustar la recta (anotar los valores de los cálculos en la tabla 1.3B).

Como ya se dijo, con el valor de la pendiente se obtiene la densidad relativa para cada líquido. Anotar su resultado en la tabla 1.3BCalcular los valores de la densidad relativa, determinar la densidad absoluta de cada líquido. Anotar el resultado en la tabla 1.3B

Actividad 4: El Densímetro.

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1. Con la utilización de un densímetro que habrá de sumergirse en tres probetas graduadas que respectivamente contengan agua, salmuera y alcohol; se pondrá determinar que sustancias son más ligeras o más pesadas que el agua dulce.

2. Se demostrara que si el líquido es más denso que el agua dulce flotara y por lo contrario si es de menor densidad se hundirá.

Actividad 5: Mezcla de líquidos.

1. El profesor mezclara en un vaso de precipitado de 150 ml para ir formando las diferentes capas; donde la más densa tendrá hacia la parte inferior del vaso y la menos densa hacia la parte superior.

TABLAS DE LECTURAS:

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Imágenes de la práctica

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Cuestionario

1- Explicar en términos de ingeniería, la relación entre volumen específico y densidad. R= La densidad es el reciproco del volumen especifico ya que estos son determinados por el cociente de la masa del objeto por unidad de volumen y al revés.

2- Menciona en qué tipo de errores se incurrió en la prácticaR=Se incurrieron en error de paralaje que es un error sistemático al igual que el calibrado del aparato y en errores aleatorios.

3- Cuando se calculo la densidad de los materiales, los resultados fueron diferentes; ¿Cuál es el más exacto y por qué?R= La densidad más exacta fue la que se calculo mediante el principio de Arquímedes ya que esta sirve para calcular la densidad de cuerpo regulares e irregulares. Explicar quién es más denso entre la piedra y los metales

4- Con los resultados obtenidos de las densidades, determine en tablas de que materiales se trata.R=De acuerdo con algunas tablas de densidades de materiales el METAL1 es de aluminio, el METAL 2 es de acero.

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5- Defina: instrumento, instrumentación, medir, error, error absoluto, error relativo, error porcentual.R=a. Instrumento.- Herramienta de medición que permite comparar magnitudes físicas a través de un proceso de medición.b. Instrumentación.- Se refiere al grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir, controlar o registrar variables de un procesoc. Medir.- Determinar la cantidad de una cosa por comparación con otra de la misma especie tomada como unidad.d. Error.- Diferencia entre el valor previsto y el valor real de una magnitude. Error absoluto: el error absoluto es la es la diferencia del valor de la medida y el valor tomado como exacto puede ser negativo o positivo, según se la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa) Tiene unidades, las mismas que de la medida.f. Error relativo: El error relativo es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto. si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento(%) de error. al igual que el error absoluto puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto. no tiene unidadesg. Error porcentual: Es el error relativo multiplicado por 100 con lo cual queda expresado en por ciento

6- Determinar el porcentaje de medición que se tuvo al hacer las mediciones de densidad

7- Explicar por lo menos como son utilizados tres densímetros.R=El densímetro se introduce vertical y cuidadosamente en el líquido hasta que flote libre y verticalmente. A continuación, se observa en la escala graduada en el vástago del densímetro su nivel de hundimiento en

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el líquido; esa es la lectura de la medida de densidad del líquido. En líquidos ligeros (v.g., queroseno, gasolina, alcohol,...) el densímetro hundirá más que en líquidos más densos (como agua salada, leche,...). De hecho, es usual tener dos instrumentos distintos: uno para los líquidos en general y otro para los líquidos poco densos, teniendo como diferencia la posición de las marcas medidas.El densímetro se utiliza también en la enología para determinar el momento de fermentación en que se encuentra el vino. Para medir la graduación alcohólica se se utiliza el alcoholímetro de Gay Lussac, con el que se mide directamente la graduación en grados Gay Lussac

Lactómetro - Para medir la densidad y calidad de la leche. Sacarómetro - Para medir la cantidad de azúcar de una melaza. Salímetro - Para medir la densidad de las sales. Areómetro Baumé - Para medir concentraciones de disoluciones.

Conclusiones

La termodinámica es el estudio de las relaciones entre las diferentes propiedades de la materia que dependen de la temperatura. Se basa sobre tres leyes a saber:

Primera Ley de la Termodinámica: la energía puede ser convertida de una forma a otra, pero no se puede crear o destruir.

Segunda Ley de la Termodinámica: la entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio.

Tercera Ley de la Termodinámica: la entropía de una sustancia cristalina perfecta es cero a la temperatura del cero absoluto.

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La Termodinámica permite usar la información obtenida en los experimentos de un sistema para obtener conclusiones sobre otros aspectos del mismo sistema, sin tener que hacer más experimentación.

Finalmente, quiero concluir resaltando la importancia que tiene el equilibrio de un sistema cualquiera con su medio ambiente. Esta relación es muy importante en todas las actividades que se realizan en el universo, ya que una vez que exista un desequilibrio, esto provocará un desorden y posiblemente un caos en el sistema y su ambiente.

Bibliografía

-Prácticas de laboratorio y termodinámica.

-es.wikipedia.org/wiki/Termodinámica 28/08/2012, 10:52 a.m.

-www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html 28/08/2012, 11:34 a.m.

-es.wikipedia.org/wiki/Dinamómetro 28/08/2012 12:12 a.m.

-www.fisicanet.com.ar/fisica/mediciones/ap01_errores.php 28/08/2012, 12:12 a.m

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