fisica general sesion 3.pdf

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Sede José Celestino Mutis Calle 14 Sur No. 14-23 Piso 2, Bogotá, Colombia.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

PRACTICAS DE LABORATORIO PARA EL

CURSO DE FÍSICA GENERAL

SESION 3

Desarrollado por:

Wilmer Ismael Ángel Benavides1 Miguel Andrés Heredia Ramos2

Mónica Marcela Peña Cárdenas3

Claudia Patricia Castro Rodríguez4

Juan Carlos González Sanchez5

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA 2013

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1 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia 2 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia

3 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia 4 Tutor Curso de Física General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia

5 Coordinador de Laboratorio de Física JCM. Universidad Nacional Abierta y a Distancia



PRACTICA Nº 12. Ondas eléctricas

TITULO: Ondas Eléctricas

OBJETIVO: Identificar las características de una señal de corriente alterna como son periodo,

frecuencia y amplitud.

ELEMENTOS PREVIOS:

Un osciloscopio es dispositivo de visualización gráfica de señales eléctricas variables en el tiempo.

¿qué variable representa en el eje vertical? ¿qué variable representa en el eje horizontal?

TEORIA

MANEJO DEL OSCILOSCOPIO

Figura 1

En la Figura 1 se muestra el panel frontal de un osciloscopio, a continuación se relacionan los

diferentes bloques funcionales y su descripción.

Ajustes de Visualización

1. Intensity: Potenciómetro para ajustar el contraste de la intensidad

Focus: Potenciómetro para el ajuste del enfoque.

Conectores Para la entrada de señales

2. Entradas tipo BNC para el canal 1 y 2



Ajustes para la representación en el eje vertical (Amplitudes, Voltajes)

3. VOLT/DIV: Perilla giratoria, permite la selección de la escala de amplitudes, está expresado en

voltios, y cada cuadro representa una división en la pantalla.

4. POSITION: Potenciómetro de desplazamiento en el eje vertical.

Ajustes para la selección de las características de las señales de entrada

5. Selección del tipo de señal entrada en cada canal

Controles de selección y combinación de las señales de entrada

6. CH1, CH2: Permite la visualización de la señal del canal 1 o 2.

DUAL: Permite visualizar las dos señales de entrada al mismo tiempo.

ADD: Representa una única señal con la amplitud igual a la suma de las amplitudes de Las

señales 1 y 2.

Controles de representación en el eje de los tiempos

7. TIME/DIV: Perilla giratoria, permite la selección de la escala en el eje horizontal (Tiempo), cada

cuadro representa una división en la pantalla.

8. Perilla que permite que la señal se estabilice para poder realizar una medición correcta.

MANEJO DEL GENERADOR DE FUNCIONES

Figura 2

En la Figura 2 se muestra el panel frontal de un generador de funciones, a continuación se

relacionan los diferentes bloques funcionales y su descripción

1. FRECUENCY: Potenciómetros que permiten ajustar la frecuencia de salida.



2. RANGE: Selectores para la escala de la señal de salida.

3. TIPO DE SEÑAL: Selectores para el tipo de señal de salida.

4. OUTPUT LEVEL: Permite ajustar la amplitud de salida de la señal.

5. OUTPUT: Conector BNC que permite la conexión de la señal de salida.

MATERIALES

1. Osciloscopio

2. Generador de Funciones

3. Terminales de conexión

PROCEDIMIENTO

1. Conecte la salida del generador de funciones al canal 1 del osciloscopio.

2. ajuste los controles del osciloscopio para poder visualizar la señal (VOLT/DIV y TIME/DIV) así

como el TRIG LEVEL para que la señal se estabilice. En este paso es necesario verificar que la

perilla VAR SWEEP se encuentra ajustada totalmente a la derecha.

3. Identifique el periodo de la señal; Cuente cuantos cuadros que ocupa la señal (eje X) y el

tiempo que transcurre en ese periodo es la cantidad de cuadros multiplicado por la escala en la que

se encuentre TIME/DIV

4. Para hallar la frecuencia simplemente recurrimos a la ecuación

Esta frecuencia debe ser la misma que se encuentra en el generador de funciones; tenga en cuenta

las unidades (Hz, KHz, MHz).

5. Por último identificamos la amplitud de la señal y para hallar su valor realizamos el mismo

procedimiento utilizado en el punto 3. Contamos la cantidad de cuadros que ocupa la señal (eje Y)

y lo multiplicamos por la escala VOLTS/DIV. Verifique que la perilla superior de VOL/DIV se

encuentra ajustada en la posición máxima a la derecha.



INFORME

1. Grafique la onda mostrada en el osciloscopio para tres frecuencias diferentes y complete la

siguiente tabla:

GRAFICA SEÑAL OSCILOSCOPIO PARAMETRO DATOS

A

Hz

FRECUENCIA GENERADOR

SEÑALES:

PERIODO CALCULADO: FRECUENCIA CALCULADA:

AMPLITUD PICO A PICO:

B

KHz

FRECUENCIA GENERADOR SEÑALES:

PERIODO CALCULADO: FRECUENCIA CALCULADA:


C

MHz

FRECUENCIA GENERADOR

SEÑALES:

PERIODO CALCULADO:

FRECUENCIA CALCULADA:


TABLA 1



2. Calcule el valor teórico de la frecuencia para cada caso y compárelo con el valor mostrado en el

generador, especifique procedimiento utilizado.

3. Qué relación existe entre Periodo y Frecuencia, ¿Qué importancia tienen las unidades?

4. Realice un análisis de la prueba y sus resultados.

5. Conclusiones.



PRACTICA Nº 13. CALOR

TITULO: Capacidad térmica en los metales

OBJETIVO: Observar la conservación de la energía, transferencia de calor, y la capacidad calorífica

de diferentes metales y su comportamiento

ELEMENTOS PREVIOS:

La ley de cero de la termodinámica, conocida como ley del equilibrio térmico es de gran

importancia ya que permite medir la temperatura de cualquier sistema bajo la propiedad

termométrica. ¿cómo se puede determinar el calor específico de una sustancia? ¿cómo se puede

determinar la capacidad calorífica de una sustancia?

TEORIA:

Cuando varios cuerpos a diferentes temperaturas se encuentran en un recinto adiabático se

producen intercambios caloríficos entre ellos alcanzándose la temperatura de equilibrio después de

cierto tiempo. Cuando se ha alcanzado este equilibrio se debe cumplir que la suma de las

cantidades de calor intercambiadas es cero.

Calor específico c es la cantidad de calor que hay que proporcionar a un gramo de sustancia para

que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua c vale 1 cal/(g

ºC) ó 4186 J/(kg ºK).

La unidad de calor específico que más se usa es cal/ (g ºC) sin embargo, el Sistema Internacional

de Unidades de Medida, expresa el calor específico en J/ (kg ºK)

La cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo se calcula mediante la ecuación:

)

Donde m es la masa, c es el calor específico, Ti es la temperatura inicial y Tf la temperatura final

Si Ti>Tf el cuerpo cede calor Q<0

Si Ti<Tf el cuerpo recibe calor Q>0



PROCEDIMIENTO:

La experiencia se realiza en un calorímetro consistente en un vaso de Dewar. El vaso se cierra con

una tapa hecha de material aislante, con dos orificios por los que salen un termómetro y el

agitador, como se observa en la figura 3.

Figura 3

1. Tome un trozo de hierro u otro metal. Determine su masa (m)

2. Vierta 300 ml de agua a temperatura ambiente en el calorímetro ( = 300 g); Con un

termómetro mida la temperatura del agua (Ta)

3. Introduzca el metal en un recipiente que contenga agua hirviendo y pasados dos minutos mida

la temperatura del líquido en ebullición (Th).

4. Retire el metal del agua hirviendo e introdúzcalo rápidamente en el calorímetro que contiene

agua a temperatura (Ta), tape el calorímetro, introduzca el termómetro. La temperatura del

agua irá aumentando hasta (trascurrido 1 minuto) alcanzar el valor de equilibrio térmico (Te).

5. El calor cedido por el metal será igual a la masa del metal por su calor específico y por el

cambio de temperatura experimentado por éste. Es decir, El calor

absorbido por el agua será:

Igualamos ambos

calores y despejamos dando que:



Donde:

m: Masa del metal.

: Masa del agua en calorímetro.

(Ta): Temperatura inicial del agua.

(Th): Temperatura del agua en ebullición.

(Te): Temperatura de equilibrio del sistema.

De esta forma, y con la ayuda de una tabla de calores específicos, podemos averiguar de qué metal

se trata.

6. Repita los pasos anteriores para los dos metales restantes y complete la siguiente tabla.

MATERIAL TEMPERATURA

INICIAL Ta

(K)

TEMPERATURA

FINAL Te

(K)

TEMPERATURA

EBULLICION Th

(K)

CALOR

ESPECÍFICO

c (J·kg-1·K-1)

CAPACIDAD

CALORIFICA

C (J . K-1)

HIERRO

COBRE-ZINC

ALUMINIO

TABLA 2

La temperatura inicial y final relacionada corresponde al líquido donde se colocan los metales

dentro del calorímetro.

7. Compare los valores teóricos de calor específico, con los obtenidos en la práctica.

INFORME

1. Explique las diferencias y similitudes en los valores teóricos y prácticos del calor específico de

cada metal utilizado en la práctica.

2. De acuerdo con los datos obtenidos en la práctica, ¿Hay conservación de Energía?, Explique.

3. Qué diferencia existe entre el calor específico y la capacidad calorífica.

3. ¿Cómo variarían los resultados si los trozos de metal fueran de mayor masa?

4. Realice análisis de resultados de la práctica.

5. Conclusiones.



PRACTICA Nº 14. CALOR

TITULO: Expansión térmica en los metales

OBJETIVO: Observar la relación lineal del hierro, cobre, aluminio en función de la temperatura.

ELEMENTOS PREVIOS:

En la práctica de laboratorio se utilizarán metales sólidos para corroborar la variación de longitud de

un material expuesto a un cambio de temperatura. ¿En qué consiste la dilatación lineal, superficial

y volumétrica de un sólido?

TEORIA

DILATACIÓN DE LOS SÓLIDOS

La dilatación es el cambio de cualquier dimensión lineal del sólido tal como su longitud, alto o

ancho, que se produce al aumentar su temperatura. Se observa la dilatación lineal al tomar un

trozo de material en forma de barra o alambre de pequeña sección, sometido a un cambio de

temperatura, el aumento que experimentan las otras dimensiones son despreciables frente a la

longitud. Si la longitud de esta dimensión lineal es Lo, a la temperatura y se aumenta la

temperatura a , como consecuencia de este cambio de temperatura, que llamamos Δt se aumenta

la longitud de la barra o del alambre produciendo un incremento de longitud que se simboliza

como ΔL (Ver figura 4). Experimentalmente se encuentra que el cambio de longitud es proporcional

al cambio de temperatura y la longitud inicial.

Figura 4



Donde

Es el coeficiente de dilatación.

Longitud inicial

PRECAUCIONES

1. Verifique que el nivel de agua sea el adecuado, para permitir su recirculación en el montaje. EL

TERMOSTATO PUEDE RECALENTARSE Y DAÑARSE POR FALTA DE AGUA.

2. POR SU SEGURIDAD, siempre que vaya a manipular el termostato para cambiar agua y

material de prueba, verifique que esté apagado y la protección AUTOMATICO esté abierta para

no permitir el paso de corriente.

3. Recuerde que el agua seguirá circulando por el sistema de recirculación, aunque haya apagado

el termostato.



PROCEDIMIENTO

Realice el montaje de la figura 5.

Figura 5

Con la ayuda del termostato de laboratorio (-10ºC 100ºC) se incrementara la temperatura del

agua, y esta puede ser medida con un termómetro, a medida que esta temperatura aumenta la

longitud del material cambiará.

Registre la temperatura inicial (del agua), y la longitud del material (con el dilatómetro), cada 30

segundos registre estos datos. Realice el mismo procedimiento para los diferentes materiales.

MATERIAL1: LONGITUD INICIAL:

Temperatura

inicial (C)

Longitud




Temperatura

inicial (C)

Longitud


Temperatura

inicial (C)

Longitud

TABLA 3

INFORME

1. Determine el coeficiente de dilatación para cada metal.

2. Para los coeficientes hallados, especifique las unidades en Sistema internacional de Medida.

3. Compare los coeficientes obtenidos en la práctica con los valores teóricos.

4. Realice análisis de los resultados obtenidos en la práctica.

5. Conclusiones.

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