Alumnio y acero

PRACTICA 2
Determinación de la
densidad de dos sustancias distintas:
el aluminio y el acero
4º ESO A 1ª EVALUACIÓN
IES VELES E VENTS
ÍNDICE
• Objetivo .................................................................................3
• Introducción teórica ................................................................3
• Hipótesis ................................................................................6
• Procedimiento experimental ..................................................6
• Materiales ..................................................................6
• Reactivo ......................................................................6
• Montaje ......................................................................6
• Procedimiento experimental ......................................7
• Toma de datos ........................................................................7
• Cálculos .................................................................................8
• 1er Procedimiento ......................................................8
• 2º Procedimiento ........................................................8
• 3r Procedimiento ........................................................9
• Análisis de resultados ......................................................... 10
• Valoración personal ..............................................................11
• Bibliografia ..........................................................................11
1. Objetivo
Determinar la densidad de dos sustancias distintas como son el acero y el aluminio utilizando diferentes
métodos.
2. Introducción teórica
La densidad se define como la relación que existe entre el volumen y la masa de un objeto o sustancia. Es una
propiedad física que es característica de las sustancias puras y es considerada como una propiedad intensiva,
ya que es independiente al tamaño de la muestra.También puede variar mínimamente si cambia su
temperatura y varia en función de la concentración.
La densidad, es la masa de un cuerpo por unidad de volumen, por lo tanto se considera una unidad derivad. Se
representa con el símbolo .Se expresa por la ralación:
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En el S.I la unidad empleada para medir la densidad es el kg/m³, la razón de una unidad de masa a una unidad
de volumen.
Para determinar la densidad de un sólido o un líquido es necesario tener la masa y el volumen de este.
El volumen es el espacio que ocupa una porción de materia. En el sistema internacional de medidas ( S.I ), la
unidad del volumen es el metro cúbico ( m³ ). En las prácticas el metro cúbico era demasiado para trabajar con
líquidos, por esto se utiliza el litro, que es la unidad de patrón de volumen en el sistema métrico. La relación
entre el m³ y el L es:
1dm³ = 1L
La masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Se ha establecido como la unidad de masa el
kilográmo (Kg).
1 Kg. = 1000 g.
Existen diferentes métodos para calcular la masa y el volumen. Los que vamos a utilizar son los siguientes:
• Obtenemos la masa del objeto, en este caso la bola de acero o de aluminio, utilizando una balanza y
pesándolo. El volumen se obtiene mediante la fórmula que calcula el volumen de las esferas:
Vesf. = 4/3 · · r³
donde:
Vesf.= volumen esfera (m³)
= 3.141592654...
r = radio de la esfera (m)
Luego sustituir ambos valores en la fómula de la densidad:
• Conseguimos el valor de la masa utilizando la fórmula que relaciona la masa con la fuerza peso:
Fp = m · g −−−> m = Fp / g
donde:
Fp = fuerza peso del cuerpo (N)
m = masa del cuerpo (Kg)
g = gravedad = 9.8 m/s²
Para averiguar el volumen del cuerpo:
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Sabemos que cuando se introduce un cuerpo dentro de un líquido, la diferencia entre el volumen inicial que
ocupa el líquido, en este caso agua, y el volumen final que hay una vez hemos inroducido el objeto en él, es
decir, el volumen desalojado es igual al volumen del cuerpo.
Vc = V = V − Vo
donde:
Vc = volumen del cuerpo (m³)
V = incremento de volumen o volumen desalojado (m³)
V = volumen final (m³)
Vo = volumen inicial (m³)
Luego sustituir ambos valores en la fómula de la densidad:
Si no es agua destilada, como en nuestro caso, tiene por lo general otras sustancias mezcladas en el agua, y
por tanto, la medición pierde su exactitud ya que no se tiene agua pura sino que es una mezcla.
• Utilizaremos el mismo proceso que el anterior para acceder al valor de la masa.
Para obtener el volumen del cuerpo utilizaremos el principio de Arquimedes, que dice:
<<Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vartical hacia a arriba igual al peso del fluido
desalojado>>.
Así pues, el peso aparente (N), Pa, de un sólido sumergido en un fluido será igual al peso del sólido (N), P,
menos el empuje, E:
Pa = P − E
Según el principio de Arquimedes:
empuje = peso del fluido desalojado
E=m·g
donde m es la masa del líquido desalojado, que podemos obtener de la expresión de la densidad. En el caso
que el fluido sea un líquido:
líquido = m líquido / V líquido
m líquido = V líquido · líquido
Por lo tanto:
E = V líquido · g · líquido
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Como el volumen del líquido desalojado depende del volumen del sólido,
V líquido = V sólido, la expresión del empuje es:
E = V sólido · g · líquido
Y teniendo en cuenta que podemos expresar el peso del cuerpo de la misma forma:
P = V sólido · g · sólido
Por lo tanto:
Pa = P − E = V sólido · g · sólido − V sólido · g · líquido =
= V sólido · g · ( sólido − líquido)
donde:
líquido = densidad del líquido (Kg/ m³)
sólido = densidad del sólido (Kg/ m³)
V sólido = volumen del sólido (m³)
g = gravetat 9'8m/s²
Pa = peso aparente (N)
P = peso del sólido (N)
e = empuje (N)
Si en la práctica, el agua que se utiliza no es agua destilada esta tiene por lo general otras sustancias
mezcladas en el agua, y por tanto, la medición pierde su exactitud ya que no se tiene agua pura sino que es una
mezcla.
3. Hipótesis
Los valores que obtendremos como resultados de ambas densidades deberán ser igual a los valores que cada
sustancia tiene en realidad, aunque al no utilizar agua destilada en nuestra práctica, estos valores se verán
afectados y por tanto, no serán iguales que los originales, pero si bastante parecidos. Los valores originales los
comprovaremos en la tabla periódica de los elementos, donde tenemos la densidad exacta del aluminio y
podemos comparar la densidad del acero con la de hierro porque, como ya sabemos, el acero es un derivado
del hierro.
4. Procedimiento experimental
• MATERIALES
♦ Barilla aluminio
♦ Soporte
♦ Pinza
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♦ Doble nuez
♦ Dinamómetro
♦ Bola de acero
♦ Bola de aluminio
♦ Balanza
♦ Proveta
♦ Calibre
♦ Hilo de costura
♦ Papel de filtro
♦ REACTIVO
⋅ Agua
⋅ MONTAJE
⋅ Colocamos la base del soporte encima del banco de trabajo y le ajustamos, de
forma completamente vertical, la barilla.
⋅ Añadimos, a la barilla, la doble nuez con la pinza un poco por debajo del
extremo superior de la barilla.
⋅ A la pinza le engachamos el dinamómetro.
⋅ A ambas bolas les pasamos un trozo de hilo de costura,en el que hacemos un
nudo uniendo ambos extremos de éste. Esto lo utilizaremos para colgar con
mayor facilidad las bolas al dinamómetro.
⋅ En la probeta vertemos 70ml de aguaç
⋅ Ajustamos la altura del dinamómetro a distancia adecuada de la proveta,
teniendo en cuenta que luego colgaremos de él las bolas.
d. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Utilizando la balanza, pesamos las dos bolas por separado para obtener la
masa y apuntamos los valores.
Con el calibre, medimos el diámetro de ambas bolas y lo anotamos.
Obtenemos la fuerza peso de la bola mientras está colganda en el aire del
dinamómetro y observando el resultado que nos proporciona éste.
El volumen inicial, es decir, la cantidad de agua que hemos introducido en la
probeta es de 70ml.
Conseguimos la fuerza peso aparente, colgando las bolas del dinamómetro
(una después de la otra), introduciéndolas dentro del agua y observando el
resultado que nos da el dinamómetro. A la misma vez obtenemos también el
volumen final, es decir el volumen que ocupa el agua de la proveta en ese
momento.
Después, calculamos el empuje sabiendo que es igual a la diferencia entre la
fuerza peso del objeto (en el aire) y la fuerza peso aparente (en el agua).
E = Fp aire − Fpa H2O
También averiguamos el incremento del volumen sabiendo que es igual a la
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diferencia del volumen final menos el volumen inicial.
V = V − Vo
5. Toma de datos
bola de aluminio
bola de acero
Fp aire
(N)
bola de
0.2
aluminio
bola de
0.6
acero
masa (g)
20.1
59.8
diámetro Ø (cm)
2.455
2.5
Fpa H2O
E (N)
(N)
Vo (ml)
V (ml)
V (ml)
0.13
0.07
70
78
8
0.52
0.08
70
78
8
6. Cálculos
1er Procedimiento
• BOLA DE ALUMINIO
V ; Ø ; r = Ø/2 ; V = 4/3 · · r³
Ø = 2.455 cm
r = Ø/2 ; r = 2.455 / 2 ; r = 1.2275 cm ; r = 0.012275 m
V = 4/3 · · 0.012275 ³ ; V = 7.75 · 10−6 m³
m = 20.1 g ; m = 0.0201 Kg
= m / V ; = 0.0201 / 7.75 · 10−6 ; = 2593.55 Kg / m³
• BOLA DE ACERO
V ; Ø ; r = Ø/2 ; V = 4/3 · · r³
Ø = 2.5 cm
r = Ø/2 ; r = 2.5 / 2 ; r = 1.25 cm ; r = 0.0125 m
V = 4/3 · · 0.0125 ³ ; V = 8.18 · 10−6 m³
m = 59.8 g ; m = 0.0598 Kg
= m / V ; = 0.0598 / 8.18 · 10−6 ; = Kg /
2º Procedimiento
• BOLA DE ALUMINIO
Fp = m · g ; m = Fp / g ; m = 0.2 / 9.8 ; m = 0.0204 Kg
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V cuerpo = 8 ml ; V cuerpo = 8 · 10−3 L
1dm³ = 1 L
8 . 10−3 L ! m³
8 . 10−3 L · 1dm³ / 1L · 1m³ / 1000 dm³ = 8 · 10−6 m³
= m / V ; = 0.0204 / 8 · 10−6 ;
• BOLA DE ACERO
Fp = m · g ; m = Fp / g ; m = 0.6 / 9.8 ; m = 0.0612 Kg
V cuerpo = 8 ml ; V cuerpo = 8 · 10−6 m³
= m / V ; = 0.0612 / 8 · 10−6 ;
3r Procedimiento
• BOLA DE ALUMINIO
Fp = m · g ; m = Fp / g ; m = 0.2 / 9.8 ; m = 0.0204 Kg
E = Fp aire − Fp aparente ; E = 0.2 − 0.13 ; E = 0.07
E = V liq · g · liq ; V liq = E / g · liq
E = 0.07
liq = 1000 Kg / m³ ! V liq = 0.07 / 9.8 · 1000
V liq = 7.143 · 10−6 m³
V cuerpo = V liq ; V cuerpo = 7.143 · 10−6 m³
= m / V ; = 0.0204 / 7.143 · 10−6 ;
• BOLA DE ACERO
Fp = m · g ; m = Fp / g ; m = 0.2 / 9.8 ; m = 0.0612 Kg
E = Fp aire − Fp aparente ; E = 0.6 − 0.52 ; E = 0.08
E = V liq · g · liq ; V liq = E / g · liq
E = 0.08
liq = 1000 Kg / m³ ! V liq = 0.08 / 9.8 · 1000
V liq = 8.163 · 10−6 m³
V cuerpo = V liq ; V cuerpo = 8.163 · 10−6 m³
= m / V ; = 0.0612 / 8.163 · 10−6 ;
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7. Análisis de los resultados
Los valores que hemos obtenido como resultado de la densidad de la bola de
aluminio son:
= 2593.55 Kg / m³
= 2551.02 Kg / m³
= 2857.08 Kg / m³
Comprovamos en la tabla del sistema periódico de los elementos la densidad
del almunio (Al):
Al = 2700 Kg / m³
El valor original del aluminio se aproxima a los valores que hemos obtenido
en nuestra práctica y teniendo en cuenta que el agua que se ha utilizado no es
agua destilada podemos considerar que la práctica es correcta.
Los valores que hemos obtenido como resultado de la densidad de la bola de
acero son:
= 7310.5 Kg / m³
= 7653.06 Kg / m³
= 7500.24 Kg / m³
Comprovamos en la tabla del sistema periódico de los elementos la densidad
del hierro (Fe) porque, como ya hemos comentado anteriormente, el acero es
un derivado esta sustancia:
Fe = 7860 Kg / m³
El valor original del hierro se aproxima a los valores que hemos obtenido en
nuestra práctica y teniendo en cuenta que esta no es la densidad real del acero
sino que es una aproximación porque es una derivación y que el agua que se
ha utilizado no es agua destilada podemos considerar que la práctica es
correcta.
8. Valoración personal
Esta práctica me ha resultado divertida a la vez que ralativamente sencilla. A
la hora de hacer el montaje, tomar los datos y realizar los cálculos no hemos
tenido una excesiva dificultad al haver trabajado en equipo. Me ha gustado
bastante.
9. Bibliografia
Fuentes utilizadas para la realización de esta práctica y su respectiva
memoria.
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• Libro: FÍSICA I QUÍMICA. CIÈNCIES DE LA NATURA. 4t
SECUNDÀRIA. Oxford Education.
• http://html.rincondelvago.com/densidad_2.html
• http://html.rincondelvago.com/densidad_1.html
• http://html.rincondelvago.com/relacion−masa−volumen.html
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= 2593.55 Kg / m³
= 7310.5 Kg / m³
= 2551.02 Kg / m³
= 7653.06 Kg / m³
= 2857.08 Kg / m³
= 7500.24 Kg / m³
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