Guerra Fonseca T, L. Ordoñez Nazareno E,A. Alfaro Pérez A,M.  Gil Mendoza L,I. Pimienta Anaya 

MANEJO DE LA BALANZA Y DETERMINACION DE MASA

MANAGEMENT AND DETERMINATION OF MASS BALANCE

¹Tania L, guerra¹. ²Edwin A, Ordoñez. ³Angélica M, Alfaro. ⁴Leandro I, Gil⁴. ⁵José, Pimienta.⁵

 ^12345, Estudiantes de Pregrado, Facultad de ingeniería, Universidad del Magdalena¹²³⁴⁵. Taniaguefo@gmail.com¹. enazareno1993@gmail.com². gilmendoza110@gmail.com³. angealfarop@gmail.com.⁴

RESUMEN

Esta práctica  se caracterizó por reconocer la importancia de los equipos para la determinación de masa utilizados para realizar las prácticas en un laboratorio de ciencia (Química general); además aprender a clasificarlos según su utilidad como por ejemplo: los la balanza roberval y la balanza digital o analítica, para esta. En esta experiencia se trabajó con objetos solidos como por ejemplo: (llaves, tornillos, piedras, corcho, compuestos, hierro metálico granulado)  además nos enfocamos en el reconocimiento y manejo de los aparatos de medir masas y saber en qué momento utilizar cada uno d estos dependiendo lo que vayamos a experimentar e investigar, tomar las precauciones correctamente, con esto se quiere dar el principio de la experiencia científica siendo este laboratorio la base principal de todo experimento. El objetivo principal de esta práctica era determinar la fiabilidad de los datos que se obtienen al medir masas en el laboratorio, considerando los errores del experimentador al no tener práctica con el uso de la balanza de monoplano que se usa en la práctica.

PALABRAS CLAVE: Balanza electrónica, tornillo, corcho y llaves.

ABSTRACT

This practice was characterized by recognizing the importance of teams for the determination of mass used to perform the practices in a laboratory science (general chemistry); also learn to classify them according to their usefulness as for example: the roberval scale and digital scale or analytical, for this. In this experience, we worked with solid objects such as: (keys, screws, stones, cork, composite, metallic iron granules) in addition we focus on the recognition and management of devices to measure masses and know when to use each d these depending on what you are going to experiment and investigate, take precautions correctly, with this you want to give the principle of scientific expertise and this laboratory the mainstay of every experiment. The main objective of this practice was to determine the reliability of the data obtained by measuring the mass laboratory experimenter considering errors having no practical use with the balance of monoplane used in practice.

KEY WORDS: Electronic scale, screw, cork and keys.

INTRODUCCIÓN

En el laboratorio se emplean una variedad de implementos como los de medir masas por ejemplo la balanza Roberva y las analíticas. Una de las primeras actividades

de la evolución de la cultura humana fue el comercio en el cual se intercambiaban

diversos productos lo que generó la necesidad de medir y pesar; los egipcios hacia el año 3500 A.C. resolvieron esto al inventar la balanza. Las primera balanzas egipcias constituían una columna con un astil (pieza móvil alrededor de un eje cuyo equilibrio está bajo la acción de la masa a medir y de pesos antagónicos) atado con una cuerda en cuyos extremos se sostenían también mediante cuerdas, bandejas para colocar en una la mercancía y en la otra una pesa de valor convenido. Hacia el año 1500 AC. Los egipcios mejoraron su invento añadiendo una plomada para verificar la nivelación de la balanza y con el enriquecimiento de las civilizaciones mediterráneas con el paso del tiempo, se incorporó la aguja (fiel) para indicar el perfecto equilibrio entre los platillos.

Hacia el año 200 a.C. los romanos inventaron un instrumento para pesar conocido como romana de gancho que se difundió por todo el imperio. La romana consta de un astil asimétrico en cuyo extremo más corto pende un gancho y más adelante se le añadió un plato, del que se cuelga la mercancía, y por el lado largo, dentado y graduado, se desliza un peso fijo. Este sistema ha servido de base para desarrollar las básculas de plataforma utilizadas para determinar grandes pesos.

A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci diseño una balanza de cuadrante graduada que, a diferencia de las balanzas tradicionales que establecían equivalencias entre pesos, introdujo la novedad de indicar el peso del objeto que se suspendía de ella en un cuadrante semicircular graduado. (Posiblemente fue la primera balanza automática).

Otro salto importante en el desarrollo de la balanza fue en 1699 por el matemático francés Pilles Personier de Roberval, cuyos astiles paralelos acoplados permite a los platillos situados en un punto equidistante de apoyo, mantenerse en un plano horizontal sin que la posición o el desplazamiento de los pesos en ellos afecten la precisión.

Existen diferentes clases de balanzas como las de doble platillo, la de un solo platillo con triple brazo, balanzas electromecánicas y electrónicas. La sensibilidad puede variar desde una a cuatro cifras decimales y por esto pueden clasificadas en balanzas de precisión o en balanzas analíticas. Generalmente todos los métodos químicos de análisis exigen medir masas (“pesar”) exactas en alguna etapa, y para esto se utiliza una balanza analítica; en otros casos sólo es necesario conocer la masa aproximada y entonces se usan balanzas de laboratorio más resistentes y de menor precisión.

La balanza analítica es un instrumento de pesada cuya carga máxima esta comprendida por lo general entre 160 a 200 g con desviaciones estándar de +/- 0,1mg. La primera balanza de platillo único o monoplato apareció en el mercado en 1946 y superaba en rapidez y comodidad a las balanzas de doble platillo, se conoce con el nombre de balanza electromecánica. Esta balanza está compuesta de un soporte ligero o brazo que gira sobre la arista de una cuchilla en forma de prisma, cuando un objeto se coloca sobre el platillo se crea un momento de fuerza que provoca la rotación del brazo sobre su eje; este momento se compensa liberando alguna de las pesas colgadas en el brazo mediante un dispositivo mecánico que se controla desde el exterior de la caja de la balanza.

A principios de los años 70 apareció la balanza electrónica híbrida que conservaba el brazo y la cuchilla afilada, pero empleaba un solenoide en lugar de pesas, para suplir la contra fuerza y volver la palanca a su posición original. La corriente en un solenoide es proporcional a la fuerza electromagnética generada, y de este modo al peso del objeto en el extremo opuesto del brazo. Su utilización exclusiva fue breve ya que después apareció la verdadera balanza electrónica.

 La balanza electrónica no utiliza pesas y es muy sencilla de utilizar, utiliza la acción electromagnética para volver la cruz a su posición original y la corriente necesaria para generar dicha acción es proporcional la masa del objeto que se mide. El platillo de la balanza se sitúa sobre un cilindro metálico hueco que está rodeado por una bobina, el cilindro se ajusta sobre el polo interior de un imán cilíndrico permanente. Una corriente en la bobina genera un campo magnético que sostiene o levanta el cilindro y el platillo; con el platillo vacío la corriente se ajusta para que el nivel del brazo indicador esté en la posición cero, cuando se coloca un objeto se produce un movimiento hacia abajo del platillo y del brazo indicador, que aumenta la cantidad de radiación que incide sobre la célula fotoeléctrica del detector de cero. Es necesario proteger la balanza de corrientes de aire para permitir el peso de sustancias pequeñas, por esta razón están contenidas en una caja con puertas corredizas.

En este segundo laboratorio de química, se experimenta como podemos utilizar la balanza analítica con mayor efectividad, ya que pesamos diferentes tipos de elementos además de comprender el funcionamiento de la balanza y poder determinar su exactitud.

METODOLOGÍA  Y METODOS

                 

En esta experiencia se colocaron en los mesones todos los equipos y materiales utilizados en el laboratorio de Química general. Posteriormente se tomaron los datos del peso y/o masas de algunos objetos y promediar estadísticamente su peso real. 

A continuación se muestran los elementos que analizamos en la práctica y su respectivo promedio del peso de cada uno para la determinación de su masa.

Laboratorio: vidrio reloj, espátula balanza analítica o electrónica y la balanza Robeval.

Materiales: llave, tornillo, piedra, corcho, compuesto, y hierro metálico.

PROCEDIMIENTO:

1. Analice la balanza que tiene sobre la mesa, identifique sus partes, determine la capacidad de pesaje en gramos, diferencie, capacidad mínima y máxima, identifique d que clase de balanza se trata, especifique número de platillos, brazos y pesas.

2. Observe si la balanza esta equilibrada, sino es así equilíbrela. Utilice el tornillo de ajuste situado debajo del platillo.

3. Coloque todas las pesas en cero.

5. Después de cada pesada regrese las pesas a cero y asegúrese de que este equilibrada.

6. Explique la secuencia para pesar cada una de las siguientes sustancias: compuesto X, compuesto Y, compuesto Z.

7. Determine la masa de 50ml exactos de H₂O.Antes defina la secuencia de pesaje y descríbala por escrito, reporte el peso del líquido.

8. Si la balanza es inexacta, ¿Cuál sería el método adecuado para pesar una sustancia?

9. Observe la balanza analítica, identifique las partes que el profesor señale, anote cuidadosamente la secuencia para el pesaje de ella; solamente con la ayuda del profesor o auxiliar efectúe el pesaje de las monedas anteriormente en la balanza electrónica.

RESULTADOS

Lo primero que hicimos fue mirar si la balanza estuviera equilibrada,  luego procedimos a pesar en la balanza Roberval las llaves, tornillo, piedra, corcho, y luego determinamos por medio del promedio de porcentaje el valor estadístico de la masa de cada uno de ellos utilizando como referencia el resultado de cada uno de los integrantes del grupo.

MEDIDAS
Objetos	JOSE	TANIA	LEANDRO	ANGELICA	EDWIN	PROMEDIO %
llave	5,5g	5,5g	5,7g	5,8g	5,5g	5,6g
tornillo	8,5g	8,7g	8,6g	8,3g	8,3g	8,5g
piedra	14,3g	14,4g	14,3g	14,3g	14,3g	14,3g
corcho	42,2g	42,2g	42,3g	42,3g	42,2g	42,2g

Balanza roberval. Img #1 tomada de la web.

Para cada uno de estos de los compuestos mencionados anteriormente se tomó con una aproximadamente un gramo con una espátula de la sustancia x,  y,  z se agregó a un vidrio de reloj el compuesto y en el otro experimento hierro metálico granulado y se procedió a pesar en la balanza y se tomó apuntes del peso de cada una para la determinación de masa. Para determinar el peso correcto de los objetos se pesaron en la balanza analítica y a continuación la tabla de resultados.

OBJETOS	BALANZA ROBERVAL	BALANZA ANALITICA (g
llave	5,6g	5,5g
tornillo	8,5g	8,5g
piedra	14,3g	14,3g
corcho	42,2g	42,2g
COMPUESTO		1,72
Hierro metálico granulado		2,72

Balanza analítica, Img #2 tomada de internet

PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS

1.       Explique cada uno de los siguientes términos:

a)       Medida: La Medida es el resultado de medir, es decir, de comparar la cantidad de magnitud que queremos medir con la unidad de esa magnitud. Este resultado se expresará mediante un número seguido de la unidad que hemos utilizado: 4m, 200 Km , 5 Kg

b)      Magnitud: Magnitud es todo aquello que se puede medir, que se puede representar por un número y que puede ser estudiada en las ciencias experimentales (que observan, miden, representan....).

c)       Lectura: Es el proceso por el cual toman datos de las medidas que se obtienen en el laboratorio.

d)      Exactitud: representa la cercanía del valor medido con el valor real.

e)       Precisión: se refiere a la concordancia que tienen entre si un grupo de resultado experimentales que no necesariamente son cercanos al valor teórico.

2. Los errores muy frecuentes en la medición son:

a)      Errores determinados: Tienen causas concretas y valores definidos, los cuales en principio pueden ser calculados y tenidos en cuenta; los errores determinados se producen siempre en un sentido y son sesgados, de modo que se deben generalmente a algún defecto del instrumento, de su calibración o a algún vicio del observador.

b)     Para corregir un error determinado: Los errores instrumentales se detectan y corrigen normalmente mediante la calibración; la respuesta de los instrumentos sufrirá variaciones con el tiempo debido a su uso, por lo que es imprescindible la calibración periódica de los instrumentos. Los errores personales pueden ser minimizados trabajando con el máximo cuidado y autodisciplina, verificando sistemáticamente las cifras de las lecturas y de las cálculos

c)      Errores indeterminados u ocasionales: Son debidos a causas imprevistas e imposibles de controlar; producen desviaciones de los resultados, que no son constantes y fluctúan al azar alrededor de un valor medio. La probabilidad de que aparezca una cierta desviación es menor cuanto mayor sea su magnitud. Los errores indeterminados no se pueden identificar completamente porque están constituidos por la acumulación de múltiples incertidumbres individuales, pequeñas, independientes y no controladas, aunque sí se pueden estimar y reducir realizando varias medidas y promediando para obtener un valor final más fiable.

d)     Para corregir un error indeterminado: Al no ser posible eliminar los errores indeterminados en las mediciones ni ignorar su existencia simplemente por su pequeña magnitud, se demuestra que al considerar todos los componentes se obtiene una curva continua con forma de campana, de distribución gaussiana, llamada curva normal de error. Dicha curva presenta una frecuencia máxima para la posibilidad del error indeterminado cero, junto con una simetría de la distribución alrededor de este máximo, lo que indica que los errores positivos y negativos se dan con igual frecuencia. Además, se observa una disminución exponencial de la frecuencia según aumenta la magnitud del error, por lo que los errores indeterminados pequeños se producen más a menudo que uno de gran magnitud. Una importante ventaja de la distribución gaussiana es que permite emplear técnicas estadísticas clásicas para estimar los efectos del error indeterminado en tales medidas.

3. ¿Qué son las cifras significativas? de ejemplos.

Las cifras significativas son los dígitos de un número que consideramos no nulos.

Norma	Ejemplo
Son significativos todos los dígitos distintos de cero.	8723 tiene cuatro cifras significativas
Los ceros situados entre dos cifras significativas son significativos.	105 tiene tres cifras significativas
Los ceros a la izquierda de la primera cifra significativa no lo son.	0,005 tiene una cifra significativa
Para números mayores que 1, los ceros a la derecha de la coma son significativos.	8,00 tiene tres cifras significativas
Para números sin coma decimal, los ceros posteriores a la última cifra distinta de cero pueden o no considerarse significativos. Así, para el número 70 podríamos considerar una o dos cifras significativas. Esta ambigüedad se evita utilizando la notación científica.	7 · 102 tiene una cifra significativa 7,0 · 102 tiene dos cifras significativas

4. Cuando, durante el proceso de medición se deben rechazar valores. Explique

Se debe rechazar los valores cuando en el proceso de esta no se encuentran en las condiciones adecuadas.

5. ¿Cuál es la diferencia entre peso y masa?

Masa (m), de forma elemental, se define como la cantidad de materia que posee un cuerpo mientras que Newton establece que la masa de un cuerpo es la medida cuantitativa de la inercia de dicho cuerpo, es decir, a mayor masa a éste le corresponde mayor inercia. La unidad de medida de la masa es el kilogramo (kg).

Peso (p), es la fuerza con que es la Tierra atrae a un cuerpo como acción de la gravedad; así, el peso es una fuerza igual a

Características de peso

Es la fuerza que ocasiona la caída de los cuerpos. Es una magnitud vectorial. Se mide con el dinamómetro. Varía según su posición, es decir, depende de la altitud y latitud. Sus unidades de medida en el S.I. son la dina y el Newton. Produce aceleraciones.

La masa (m) del cuerpo por la aceleración de la gravedad (g), en consecuencia:

p = m . g

En otras palabras, el peso es una fuerza ocasionada por la atracción que ejerce la Tierra sobre los cuerpos que se encuentran en su superficie o en su campo gravitatorio y su unidad de medida es el Newton (N).

Características de masa

Características de masa

Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Es una magnitud escalar. Se mide con la balanza. Su valor es constante, es decir, independiente de la altitud y latitud. Sus unidades de medida son el gramo (g) y el kilogramo (kg). Sufre aceleraciones

6. Explique paso a paso como se puede pesar un gas durante cualquier proceso experimental.

El modo más sencillo para pesar un gas que hayas obtenido a partir de un proceso experimental:

1) Tomas un recipiente y lo pesas; si te es posible pesarlo al vacío (extraerle el aire antes de pesarlo) mejor, pero sino no importa tanto (la densidad del aire es diferente a la de otros gases, así que aún así verás diferencias en peso: pesar al vacío sólo ayuda a que tu medición sea más precisa).

2) Obtienes el gas por el método de tu preferencia de manera que lo guardes en ese recipiente.

3) Vuelves a pesar el recipiente; si hiciste todo bien habrá una diferencia de pesos entre la primera y la segunda medición. ¿Qué significa esa diferencia?

a) Si pesaste al vacío el recipiente (lograste extraerle el aire o el recipiente era un globo vacío, etc.), el PESO ADICIONAL que haya entre las dos medidas es el peso del gas que ahora hay dentro del recipiente.

b) Si no pudiste pesar al vacío el recipiente, la diferencia de pesos entre la primera y la segunda medición podría ser POSITIVA ó NEGATIVA (por ejemplo: si lo que metiste al recipiente fue Hidrógeno, éste es un gas más ligero que el aire, así que la segunda vez el recipiente pesará menos, pero si lo que metiste fuera dióxido de carbono, éste es un gas más pesado que el aire, así que el recipiente pesará más). Sin importar si el recipiente pesa ahora más o menos, esa diferencia es el peso del gas en su interior.

7. ¿Si en una balanza el proceso de oscilación es de 60 segundos, será más o menos sensible? ¿Y si es de 10 segundos?

Es menos sensible a los 60s, y más sensibles a los 10s; ya que entre más tiempo es menos sensibles que en mayor.

CONCLUSION

Partiendo de que los elementos y equipos de laboratorio son la base para la ejecución de una investigación experimental; al realizar  esta práctica se obtuve un mejor conocimiento de los implementos y aparatos del laboratorio, además se dio a conocer el uso adecuado de cada objeto.

Ø  Se comprendió al experimentar con las balanzas (analítica y Roverbal)  cual es la más precisa.

Ø  Se aprendió a determinar la masa y el peso de cuerpos.

BIBLIOGRAFIA

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