Objetivos:
- Observar fenómenos físicos desde el punto de vista energético.
- Asociar a partir de la observación la energía potencial gravitatoria con la altura, la potencial elástica con la elongación y la cinética con la velocidad.
- Estudiar la conducción del calor y el concepto de equilibrio térmico.
Procedimiento general:
Por grupos, se realizará cada una de las distintas prácticas
preparadas en el laboratorio, tomando nota en cada caso de las observaciones y
se contestarán las cuestiones.
Prácticas:
1.
Transmisión
de la energía por choques elásticos en péndulos.
Descripción: Tenemos varias
bolitas iguales suspendidas de un hilo, alineadas y en contacto unas con otras.
Separamos la primera de la vertical, soltamos y dejamos que choque con la
segunda bolita.
Cuestiones:
- ¿Qué tipo de energía le hemos dado a la primera bolita al separarla?
- ¿Qué tipo de energía tiene la primera bolita justo antes de chocar con la segunda?
- ¿Qué ha ocurrido?
- ¿Por qué ha ocurrido eso?
- ¿Qué sucede con la energía en un choque elástico?
2.
Transformaciones
de la energía en un movimiento armónico simple: péndulo simple y muelle.
Descripción: Veremos
el movimiento oscilatorio de un péndulo y un muelle.
Cuestiones:
6.
¿Qué es un movimiento armónico simple?
7.
¿Qué es la amplitud de la oscilación de un muelle?
8.
¿Qué es el periodo de oscilación?
9.
¿Qué energía le damos a la bolita del péndulo
cuando la separamos de su posición de equilibrio?
10.
¿Qué energía le damos a la bolita del muelle cuando
lo estiramos?
11.
Explica cómo se transforma la energía durante un
periodo de oscilación del péndulo: justo antes de soltarlo, cuando pasa por la
posición de equilibrio, cuando llega al extremo opuesto y cuando se dirige
hacia el punto inicial.
3.
Transformaciones
de la energía en una montaña rusa. Trabajo de rozamiento.
Descripción: Dejaremos caer una bolita por un carril con
pendiente. Mediremos (respecto a la mesa) la altura desde la que lo lanzamos hi y la altura a la que llega
finalmente, hF.
Cuestiones:
- ¿Son iguales la altura inicial y final? ¿Por qué crees que es así?
- Calcula el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento. ¿En qué unidades se mide el trabajo?
- Calcula de nuevo el trabajo de rozamiento midiendo la altura respecto al suelo en vez de respecto a la mesa. ¿Qué observas?
- Explica por qué podemos calcular la energía respecto al sistema de referencia que nos convenga.
4.
El
equilibrio térmico.
Fundamento teórico:
Cuando ponemos en contacto dos sustancias a distinta
temperatura, se produce una transferencia de energía térmica del cuerpo que
está a mayor temperatura (“más caliente”) al que está a menor temperatura (“más
frío”). Esa energía transferida recibe el nombre de calor, y este método de transmisión del calor se denomina por conducción. El calor deja de
transferirse cuando las sustancias alcanzan una temperatura común, denominada temperatura de equilibrio. En ese
momento decimos que el sistema ha alcanzado el equilibrio térmico.
Procedimiento:
Tomaremos dos cantidades iguales de agua en sendas probetas. Una estará a temperatura
ambiente y otra caliente. Mediremos las dos temperaturas, inmediatamente
después echaremos el agua fría sobre la caliente e inmediatamente
mediremos la temperatura de la mezcla al tiempo que tapamos la probeta con un
tapón que sujeta el termómetro.
Cuestiones:
- ¿Cuál
es la temperatura del equilibrio térmico?
- ¿Por qué tenemos que darnos tanta prisa en mezclar las aguas y en medir la temperatura final?
- ¿Por
qué echamos el agua a temperatura ambiente sobre el agua caliente y no al
revés?
- Explica
lo que ocurre cuando echamos cubitos de agua a un refresco en verano.
5.
La
conducción del calor por las distintas sustancias.
Fundamento teórico:
La conductividad térmica es la propiedad que tienen ciertas
sustancias de transmitir el calor.
Procedimiento:
-
Tenemos 3 recipientes cerrados de distinto material:
poliespán, vidrio y metal, que habrán sido previamente calentados al baño María
y se les colocará un termómetro sujeto por el tapón para medir la temperatura
interior.
-
Tomaremos una misma cantidad de agua caliente,
que mediremos con una probeta, y la echaremos, tapando enseguida con el tapón.
Mediremos la temperatura inicial del agua.
-
Al cabo de 10 minutos repetiremos la medición de la
temperatura. Decidiremos qué sustancia es mejor aislante térmica o conductora
del calor.
Cuestiones:
- Mide la temperatura inicial del agua en cada caso inicialmente y al cabo de los 10 minutos y completa la tabla:
Vidrio
|
Poliespán
|
Metal
|
|
T0 (º C)
|
|||
TF (º C)
|
- Ordena los materiales que has usado según su conductividad térmica.
resultados del laboratorio de la práctica de calor:
| conductividad térmica | ||||||
| T(º C) 12:00 | T(º C) 12:10 | T(º C) 12:20 | T(º C) 12:25 | T(º C) 12:30 | ||
| Vidrio | 36º | 32º | 32º | 30º | 29º | |
| Metal | 37º | 34º | 33º | 32º | 31º | |
| Poliespán | 40º | 38,5º | 37,5º | 37º | 36.5º | |
| Equilibrio térmico: | principio | Equilibrio térmico: | final | |||
| Tª | equilibrio | Tª | equilibrio | |||
| 30 ml agua fria | 20º | 40º | 30 ml agua fria | 22º | 32º | |
| 30ml caliente | 70º | 30ml caliente | 51º | |||
resultados Ba1D
| Equilibrio térmico: | principio | |
| Tª | equilibrio | |
| 30 ml agua fria | 20º | 37 |
| 30ml caliente | 61 | |
Calor absorbido y calor desprendido
De nuevo tienes que coger tu material de matemáticas (calculadora, lápiz y papel) y ponerte manos a
la obra. Si lo vas haciendo al mismo tiempo que lo ves lo comprenderás mucho mejor.
Variable simbolo y nombre Unidad
Qabs calorabsorbido Julios J
m masa Kilogramos kg
Ce calorespecífico Julio/ kg·º kelvin J/kg·K
tf temperatura final º kelvin K
ti temperatura inicial º kelvin K
Se ha comprobado experimentalmente que el calor absorbido o desprendido por un cuerpo se
calcula con la fórmula:
Qabs = m · Ce · (tf - ti)
Recordemos que el calor específico dependerá del material.
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