UNI VERSI DAD DELA COST A
DEPARTAM ME ENTODE DECI ENCI ASBÁSI CAS ÁREADELABORATORI O DEFÍ SI CA
FACULTAD DE I NGE GENI ERÍ A
VARIACIÓN DE LA DENSIDAD DEL AGUA CON EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA Jairo Gonzalez1, Laura Mendoza1, Vilon A! A!ila ila", C#ri$ian C#arri$% 1
In&enier'a Indu$rial, "In&enier'a de Si$e(a$, %In&enier'a de Ci!il
ESTRUCTURA
Laboratorio de Física de Campos Campos – Grupo CNL MARCO TEÓRICO C)LCULOS AN)LISIS CONCLUSIONE S
DE*
Re$u(en Una forma para poder calcular la variación de la densidad del agua con la temperatura es a través de la utilización de algunos elementos como hielo, agua, un beaker, una probeta, un termómetro, una balanza y un mechero, los cuales sirven para hallar la masa y el volumen del agua a diferentes temperaturas, hallando la densidad en cada caso, con los datos obtenidos se procede a graficar la variación de la densidad con respecto a la temperatura y se analizan los resultados.
Pala+ra$ la!e$- Densidad, Temperatura, Volumen, gua. A+$ra .e/0ord$ !ne "ay to calculate the variation of density "ith temperature "ater is through the use of some elements such as ice, "ater, a beaker, a test tube, a thermometer, a scale and a lighter, "hich serve to find the mass and volume of "ater at different temperatures, density finding in each case, "ith data obtained proceeds to plot the variation of the density "ith respect to temperature and the results are analyzed. Density, temperature, volume, "ater.
ve fuertemente afectada como veremos en esta pr+ctica.
1 Inr nrodu dui2n 1.1 La densidad densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de la masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. #a
" *und *unda( a(en eno o$$ Te2ri 2rio$ o$
densidad de una sustancia puede variar si se cambia la presión o la temperatura. $n el caso de %ue la presión aumente, la densidad del material también lo hace& por el contrario, en el caso de %ue l a temperatura aumente, la densidad ba'a. (in embargo para ambas variaciones, variaciones, presión y temperatura, e)isten e)cepciones, por e'emplo para sólidos y l*%uidos el efecto de la temperatura y la presión la presión no es importante, a diferencia de los gases %ue se
"1 "1 El Volu(en lu(en .
/
#a dens densida idad d se def define ine como como la rela relació ción n %ue e)iste entre el volumen y la masa de un ob'eto o sustancia. $s una propiedad f*sica %ue es caracter*stica de las sustancias puras y es considerada como una propiedad intensiva, ya %ue es independiente al tama-o de la muestra. #a densidad es un concepto muy importante en la %u*mica. or lo cual no es suficiente solo conocerlo,
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si no %ue hay %ue entenderlo, lo %ue no es f+cil 4. #a presente pr+ctica pretende ense-ar y establecer de una forma sencilla y divertida %ue es densidad. si como también algunos métodos para obtener el volumen y la masa, simplemente ense-arnos cual es el mane'o adecuado para usar un instrumento especializado en la medición de esta propiedad. l final del e)perimento deberemos de haber comprendido %ue la densidad la masa sobre unidad de volumen, %ue no cambia si cambia el tama-o de la muestra, %ue puede variar m*nimamente si cambia la temperatura y %ue var*a en función de la concentración.
6 6
5
La escala Celcius (°C) La escala Kelvin (°K) La escala Fahreinheit (°F).
6 6
*uenehttp577es.slideshare.net7iaespino7dilatacin6trmica6escalas6 termomtricas6y6anomala6del6agua
4.2.Den$idad
del a&ua
#a densidad es una propiedad f*sica del agua y se puede definir como una magnitud escalar %ue se calcula a través de la razón entre la masa yel volumen.
$s importante tener en cuenta para la medición volumétrica de l*%uidos %ue el menisco o la superficie superior del l*%uido, cuando este es observado tanto en la parte inferior y superior, da la idea de medida. (i el agua mo'a las paredes del recipiente, se considera como aceptable para una buena medición la parte inferior del menisco 0superficie cóncava1 y pero en cual%uier caso se debe observar colocando la vista al mismo nivel del l*%uido. /#2/333ml2 /333 cm
Densidad =
masa volumen
(e representa con la letra griega
ρ ( rho ) 5 m ρ= V #a densidad del agua en las unidades del (8 es
Kg / cm
3
, las medidas
precisas de la densidad deben tener en cuenta la temperatura, ya %ue las densidades de la mayor parte de los materiales, incluso la del agua, var*an con la temperatura.
31 La Te(4eraura #a temperatura es una propiedad f*sica %ue con factores comunes como el calor o ausencia de calor, sin embargo su significado en la termodin+mica es m+s comple'o, el calor o el fr*o %ue es percibido por las personas tiene %ue ver con la sensación térmica, %ue con la temperatura real.
9uando se encuentra a una temperatura de :;9 es igual a uno 0/1. cual%uier otra temperatura su densidad es menor %ue uno.
4+sicamente, la temperatura es una propiedad %ue poseen los sistemas f*sicos a nivel macroscópico, la cual tiene una causa a nivel microscópico, %ue es la energ*a promedio por part*cula.
ara calcular la densidad del agua, es necesario utilizar materiales con medidas de precisión, como es la probeta, beaker, balanza y termómetro.
#a temperatura sólo puede ser medida en el e%uilibrio, precisamente por%ue se define como un promedio.
3"1
6alanza$ Mono4lao $s una balanza de peso deslizante se coloca la sustancia en el platillo y se deslizan por la escala graduada las pesas %ue
ctualmente se utilizan tres escalas de temperatura5
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FACULTAD DE I NGENI ERÍ A *uene-http577""".fotocinebollati.com.ar7produ
tiene incorporada la balanza. #a situación de las pesas en la escala indicara la medida cuando se obtenga la posición de e%uilibrio.
ctos6bollati6fotografia6insumos6de6laboratorio6 detalle.phpBid=producto2//
7 De$arrollo e84eri(enal $n primera instancia de esta e)periencia, se pudo establecer la relación %ue e)iste entre la masa de un cuerpo o una sustancia, para este caso es el agua y su volumen. (e obtuvo el valor de la masa y el volumen del agua, utilizando un beaker con un peso de />C.< gr, dando como resultado C./3 gr, y un volumen de C cm obtenido a través de una probeta, a una temperatura de <3;9.
*uene-http577""".au)ilab.es7es7catal ogo7balanzas=mecanicas=monoplato= 4alanza6monoplato6<>/3g63./g66 vigas.asp)
4.2.2. Beaker
#uego, se procedió a tomar %uince 0/A1 datos, a distintas temperaturas, con el fin de calcular la variación de su masa, volumen y densidad.
$s un recipiente normalmente de vidrio o pl+stico con forma cil*ndrica y diversos tama-os. (e utiliza para preparar, disolver e incluso calentar todo tipo de sustancias.
9 Dao$ o+enido$ del la+oraorio No
*uene-http577""".humboldtmfg.com7graduated =glass=beaker.html 4.2.3. Probeta
$s un tubo normalmente transparente, de vidrio o pl+stico y graduado con pe%ue-as subdivisiones %ue se utiliza para medir vol?menes con poca e)actitud. (u zona inferior se encuentra cerrada y tiene una base %ue se utiliza de apoyo mientras %ue su zona superior se encuentra abierta y es por donde se introduce el l*%uido. @ormalmente mide vol?menes de
Ma$a :&r;
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Ta+la NB1 Medii2n e84eri(enal de la den$idad del a&ua
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volumen aumenta y disminuye la densidad.
Grio Den$idad V$ Te(4eraura /.3/333
5
/.33333 f0)1 2 6 3)F< 6 3) G /
3.333
Fu eeo 4rodue la e(4eraura en el !olu(enH
3.C333
$l efecto %ue produce la temperatura con el volumen es el de dilatación, %ue es a%uel donde aumenta el volumen de los cuerpos gracias al calor, por%ue las part*culas aumentan su distancia y por lo tanto aumenta su tama-o.
3.E333 3.>333 3.A333 3.:333 /3
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3
:3
A3
>3
E3
C3
3
/33
/ /3
Grio NB1 Den$idad del a&ua en uni2n de la e(4eraura
5
> Clulo / Anli$i$ de Re$ulado$ 9on base a lo anterior se observa %ue el agua, a través de los distintos puntos de medición, se obtuvo cambios en el peso y el volumen, siendo estos directamente proporcionales a los cambios de la densidad con respecto a la temperatura y se pudo analizar %ue a medida %ue la temperatura iba aumentando, se presentaba el fenómeno de evaporización, dando como resultado disminución el peso, volumen y la densidad en el agua& tal como se representa en la Tabla @;/. Hedición e)perimental de la densidad del agua.
#a relación e)istente entre la temperatura y la densidad es %ue a mayor temperatura el agua tiende a ser m+s densa y cuando la disminuye la temperatura el agua menos densa, este fenómeno se presenta en cual%uier cantidad de agua presente %ue sea sometida. Un e'emplo para esta tem+tica es el hielo, cuando se encuentra en dentro del agua a ba'as temperaturas, flota.
(eguidamente, se procede a graficar el comportamiento de la densidad del agua con respecto a los distintos puntos de temperatura, se obtiene como resultado una semi6par+bola, %ue corresponde al comportamiento teórico %ue nos indica %ue a los :;9 obtiene su mayor valor en la densidad 0/1 y %ue a medida %ue aumenta la temperatura empieza a decrecer.
5
Cul e$ la relai2n enre la (a&niud !olu(en / e(4erauraH #a relación e)istente entre la temperatura y el volumen es %ue estas dos magnitudes son directamente proporcional, ya %ue al aumentar la temperatura el volumen también aumenta y viceversa.
>1 Pre&una$ del e84eri(eno5
Cul e$ la relai2n enre la (a&niud den$idad / e(4erauraH
Fu eeo$ 4rodue la e(4eraura en la den$idad del a&uaH 9uando el agua es e)puesta a temperaturas de calor, sus moléculas est+n m+s distantes, por lo tanto, su densidad es menor.
or este motivo se puede decir %ue5
Hayor
temperatura
6
Hayor
volumen de agua 0de la fase li%uida a la fase vapor1 .
$n otras palabras podemos decir %ue al aumentar la temperatura el
:
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Hayor
temperatura
6
Henor
5
volumen de agua 0de la fase
solida a li%uida1 . Henor temperatura
6
Hayor
C2(o inide e$a !ariai2n de la den$idad de BC a 3BC en el (edio a(+ieneH
volumen de agua 0de la fase
li%uida a la fase solida1 . Henor temperatura 6
$l hecho %ue el agua en su estado sólido disminuya la densidad ocupa un papel muy importante en la preservación de la vida acu+tica, ya %ue el hielo flota por su poca densidad y lo mismo pasa en los grandes lagos cuando son congelados, el agua de la superficie transformada en hielo mantiene constante su temperatura en 3;9 y el agua del fondo %ueda protegida térmicamente del e)terior y puede alcanzar los : a A ;9 %ue son suficientes para la supervivencia de muchas especies.
Henor
volumen de agua 0de la fase de vapor a la fase li%uida1
5
Si la den$idad di$(inu/e u $uede on el !olu(en del a&ua al au(enar la e(4erauraH E84liue 9omo se di'o anteriormente el efecto %ue causa la temperatura cuando aumenta sobre el volumen del agua, es %ue aumenta en su fase de li%uida a la fase gaseosa. $ste fenómeno se presenta por%ue al someter al agua a la temperatura sus +tomos se comienzan a separar y el agua se hace menos densa, de all* %ue su volumen es mayor.
5
? Conlu$i2n $n esta e)periencia se logró registrar las variaciones de la densidad del agua frente a los cambios de temperatura. (e llego a la conclusión de %ue el agua a diferencia de otros l*%uidos conforme aumenta la temperatura primero se aumenta la densidad y disminuye el volumen para luego al acercarse al punto de ebullición empieza a dilatarse, entonces de esta manera comienza a disminuir su densidad.
En u iner!alo de e(4eraura el a&ua 4re$ena un o(4ora(ieno inu$ualH E84liue 4or u e$o $uede $l agua alcanza su mayor densidad a los :I9, teniendo en cuenta presión atmosférica, pero comienza a presentar comportamiento inusual cuando alcanza temperaturas cercanas a los 3I 9, ya %ue no hace lo %ue normalmente hace un l*%uido cuando es sometido a esta temperatura y est+ pasando de fase li%uida a la fase sólida, de reagrupar sus +tomos y volverse m+s denso, el agua en su punto de congelación disminuye la densidad y este proceso es important*simo para preservar la vida acu+tica.
@ 6i+lio&ra'a H!J@, H., K (L8J!, L. 0<33A1. Fundamentos de Termodinámica Tecnica. 4arcelona, $spa-a5 Jeverté. H!(9, T. 0<33>1. Física para la Ciencia y la Tecnología: Mecánica, Oscilaciones y Onda. Termodinámica 0Vol. Volumen 81. 4arcelona, $spa-a5 Jeverté. !(!J8! M8J#D!, J. D. 0<331. Manual de Técnicas de Laboratorio Quimico.
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Termodinámica. earson $ducación.
Hedellin, 9olombia5 Universidad de ntio%uia. J$8D, . 0<33E1. ntroducci!n a la Fisico"uímica:
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