EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR.

UNIDAD ACADÉMICA REGIONAL COCHABAMBA

Departamento de Ciencias Exactas e Ingeniería

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I

LABORATORIO Nº8:

EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

GRUPO Nº 1

ELABORADO POR:

Daguer Martinez Wilma

Mendoza Terán Kelya

Montoya Fabiola

Nina Jhamira

Rodríguez Villarroel Kiara

DOCENTE:

Mgr. Gabriela Chirobocea

FECHA:

26 de Octubre de 2014

Cochabamba- Bolivia

EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

INTRODUCCIÓN

El concepto de equivalente mecánico del calor hace referencia a que el movimiento y el calor son mutuamente intercambiables, y que en todos los casos, una determinada cantidad de trabajo podría generar la misma cantidad de calor siempre que el trabajo hecho se convirtiese totalmente en energía calorífica.

El principio de la conservación de la energía nos plantea la equivalencia entre calor y trabajo mecánico. Para los casos en donde suponemos que toda la energía mecánica puede convertirse en calor, podemos obtener experimentalmente el valor numérico de esta relación o equivalencia. El trabajo es normalmente medido en unidades de Julios (Joule) y la energía térmica o calor es medido en unidades de calorías. La equivalencia no es inmediatamente obvia y debe determinarse experimentalmente. Esta relación de equivalencia es llamada “Equivalente Mecánico del Calor”.

El aparato científico modelo para Equivalencia Mecánica del Calor, permite la determinación de dicha relación con buena exactitud (dentro del 5 % de error relativo).

En este aparato, mostrado en la fig. 1, una cantidad determinada de trabajo es efectuada por el giro de una manivela que acciona un cilindro de aluminio, el cual tiene enrollada una cuerda de nylon con varias vueltas a su alrededor. Al girar la manivela, hace que la fricción entre la cuerda y el cilindro sea suficiente para soportar la masa colgada del otro extremo de dicha cuerda.

Esto asegura que la acción del torque sobre constante y medible. Un contador cuenta el número de vueltas mientras se hace girar el cilindro y la cuerda convierte el trabajo en energía térmica, la cual eleva la temperatura del cilindro de aluminio.

Un termistor (resistencia eléctrica que varía con la temperatura) está el cilindro es

Colocado en el interior del cilindro de aluminio y, a través de la medición de su resistencia eléctrica, puede determinarse la temperatura de dicho cilindro.

Mediante la medición del cambio de temperatura del cilindro, puede calcularse la relación entre el trabajo mecánico realizado y la energía térmica transmitida por la fricción, o sea el “Equivalente Mecánico del Calor” buscado.

El principio de conservación de la energía dice que si una cantidad de trabajo se transforma completamente en calor, la energía térmica resultante habrá de ser equivalente a la cantidad de trabajo realizado. Normalmente el trabajo se mide en unidades de Joule y la energía térmica en unidades de calorías, por lo cual la equivalencia entre energía térmica y trabajo mecánico no es inmediata. Para establecer la equivalencia se requiere de una relación entre joules y calorías llamada constante del equivalente mecánico del calor, dada por:

1caloria = 4.186 joules

OBJETIVOS

Determinar el equivalente mecánico del calor.

MATERIALES

Pasco TD 8551A (aparato para operar manualmente)

Multímetro (para medir resistencia eléctrica, como Óhmetro)

Termómetro de mercurio

Balde con una masa conocida en su interior

Polvo de grafito

Vernier y balanza

PROCEDIMIENTO

Primero medimos en una balanza la masa del cilindro de aluminio y anotamos el valor obtenido, también medimos con el calibrador o vernier, el diámetro del mismo.

A continuación, debimos desenroscar la pieza giratoria de ajuste y retirar el cilindro de aluminio. Para luego llevarlo al refrigerador y así reducir la temperatura al menos de 10 grados centígrados por debajo de la temperatura ambiente del laboratorio.

Una vez que el cilindro estaba a la temperatura deseada (t<tamb), lo colocamos suavemente en el eje de la manivela. Asegurándonos que los anillos de cobre estén hacia el lado de la manivela y entonces colocamos la pieza giratoria de ajuste con firmeza.

Antes de proceder con la realización del experimento como tal, rociamos un poco de polvo de grafito concentrado sobre la superficie del cilindro de aluminio, proceso que aseguraba el deslizamiento suave de la cuerda sobre el cilindro. Una vez hecho esto montamos el aparato sobre una mesa firme.

Posteriormente, conectamos los cables de óhmetro en las fichas bananas, seleccionamos un rango acorde con los valores de resistencia que íbamos a medir. Luego envolvimos la cuerda alrededor del cilindro con aproximadamente seis vueltas, cuidando siempre que el balde quede a 3 cm de altura respecto del nivel del suelo. Atamos un extremo de la cuerda a la masa colgante

.

Llevamos el contador a cero, luego observamos el óhmetro cuidadosamente, esperamos a que la resistencia alcance el valor correspondiente a la temperatura inicial, arrancamos con la manivela; girándola a velocidad constante hasta que la temperatura indicada por el termómetro sea de 1 grado centígrado menor que la temperatura asignada para finalizar, luego giramos lentamente la manivela, observando el óhmetro hasta que la temperatura

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