Equivalencia Calor-trabajo

Masa del agua fría (mf)= 100 g

Masa del agua caliente (mc)= 100 g

Capacidad térmica o calor específico del agua (cagua) = 1 cal/(g°C)

Temperatura del agua fría θ_f= 23.1°C

Temperatura del agua caliente θ_c= 76.4 °C

DATOS EXPERIMENTALES

TIEMPO (MIN) θ INICIAL (°C) TIEMPO (MIN) θ INICIAL (°C)

0.15 46.5 2.45 44.1

0.30 45.5 3 44.1

0.45 45.2 3.15 44.1

1 45.1 3.30 44.1

1.15 44.9 3.45 44.0

1.30 44.8 4 43.8

1.45 44.7 4.15 43.8

2 44.6 4.30 43.8

2.15 44.5 4.45 43.8

2.30 44.3 5 43.8

HOJA DE CALCULO

θeq Kdewar

43.8 57.488 cal/(°C)

1. ¿Cómo se calcula la variación de temperatura (en la determinación de la constante del calorímetro? ¿Por qué?

Q_ganado=-Q_cedido

Q_ganado=m_F Cp(T_E-T_F )+ K(T_E-T_F )

Q_cedido=m_C Cp(T_E-T_C )

(T_E-T_F )(m_F Cp+K)=m_C Cp(T_C-T_E)

Porque esta vez se tomo en cuenta el calor aportado por el calorímetro

2. Calcular la constante del calorímetro (Dejar) Kdewar.

Q_ganado=-Q_cedido

Q_ganado=m_F Cp(T_E-T_F )+ K(T_E-T_F )

Q_cedido=m_C Cp(T_E-T_C )

(T_E-T_F )(m_F Cp+K)=m_C Cp(T_C-T_E)

K=(m_C Cp(T_C-T_E))/(T_E-T_F )- m_F Cp

K=(100 g)(1 cal/(g°C))(76.4°C-43.8°C)/((43.8°C-23.1°C)- (100 g)(1 cal/(g°C))

K=57.488cal/(°C)

Voltaje = 124.8 volts

Resistencia =24.7 ohms

DATOS EXPERIMENTALES

TIEMPO (s) T inicial (°C) T final (°C)

10 24.6 26.2

20 43.3 55.1

30 24.8 41.1

40 26 46.6

50 25.3 49.4

HOJA DE CÁLCULOS

Tiempo (s) ∆θ(°C) Trabajo eléctrico

W elec (J) Calor absorbido

Q (cal) Equivalencia calor-trabajo W/Q (joules/cal)

10 1.6 6305.682 443.9808 14.203

20 11.8 12611.368 3274.3584 3.852

30 16.3 18917.053 4523.0544 4.182

40 20.6 25222.737 5716.2528 4.412

50 24.1 31528.421 6687.4608 4.715

Trabajo eléctrico W elec (J)

W=Pt P=V^2/R W=V^2/R t

W=(124.8volts)^2/24.7ohms(10s)

W=6305.682 J

W=(124.8volts)^2/24.7ohms(20s)

W=12611.368 J

W=(124.8volts)^2/24.7ohms(30s)

W=18917.053 J

W=(124.8volts)^2/24.7ohms(40s)

W=25222.737 J

W=(124.8volts)^2/24.7ohms(50s)

W=31528.421 J

Calor absorbido Q (cal)

Q_absorbido=m_agua Cp(T_E-T_F )+ K(T_E-T_F )

Q_absorbido=(220 g)(1 cal/(g°C))(1.6°C)+ 57.488cal/(°C) (1.6°C)=443.9808 cal

Q_absorbido=(220 g)(1 cal/(g°C))(11.8°C)+ 57.488cal/(°C) (11.8°C)=3274.3584 cal

Q_absorbido=(220 g)(1 cal/(g°C))(16.3°C)+ 57.488cal/(°C) (16.3°C)=4523.0544 cal

Q_absorbido=(220 g)(1 cal/(g°C))(20.6°C)+ 57.488cal/(°C) (20.6°C)=5716.2528 cal

Q_absorbido=(220 g)(1 cal/(g°C))(24.1°C)+ 57.488cal/(°C) (24.1°C)=6687.4608 cal

Equivalencia calor-trabajo W/Q (joules/cal)

E=(6305.682 J)/(443.9808 cal)=14.203J/cal

E=(12611.368 J)/(3274.3584 cal)=3.852 J/cal

E=(18917.053 J)/(4523.0544 cal)=4.182J/cal

E=(25222.737 J)/(5716.2528 cal)=4.412J/cal

E=31528.421/(6687.4608 cal)=4.715J/cal

1. ¿Cuál es el valor promedio de la equivalencia calor-trabajo, W/Q?

6.2728 J/cal

2. Elaborar una gráfica del trabajo realizado (W) vs. el calor absorbido (Q).

3. ¿Qué tipo de comportamiento se observa?

Una línea recta con pendiente positiva

4. ¿Qué información proporciona el gráfico?

Nos dice que entre más “grande” sea el trabajo a realizar, mayor será la cantidad de calor.

5. Dar la interpretación a la información que da la gráfica

Más calor más trabajo o viceversa

6. ¿Qué información de la gráfica nos da la relación de equivalencia calor-trabajo? ¿Cuáles son sus unidades?

La pendiente y sus unidades son Joule/cal

7. Está pendiente se conoce como equivalencia calor-trabajo. Calcular el porcentaje de error del valor experimental del equivalente calor-trabajo y compararlo con respecto al valor teórico de 4.184 joules/caloría.

% de error=|Valor teórico – Valor experimental|/(Valor teórico)*100

% de error=|4.184 –6.2728|/4.184*100

% de error=49.92

8. ¿Cómo afectaría al resultado no tomar en cuenta el calor que absorbe el calorímetro?

El porcentaje de error seria notablemente mayor porque solo consideramos el calor absorbido por el agua omitiendo el calor que también absorbe el calorímetro.

1. Si el trabajo realizado es de un joule y éste se emplea exclusivamente en “calentar”, ¿cuál es el valor equivalente en calorías?

1 cal =4.184J

1J((1 cal)/(4.184 J))=0.239 cal

2.

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