Equivalente Mecanico

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA

LABORATORIO DE FISICA II

TEMA: EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

Guerra Andrés

Herrera Fernando

22/11/12

A207

1.- Objetivos:

Analizar cómo encontrar experimentalmente la relación entre caloría y joule

2.- Teoría:

En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor caloría.

Mediante esta experiencia simulada, se pretende poner de manifiesto la gran cantidad de energía que es necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la temperatura de un volumen pequeño de agua.

Descripción

Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción de una pesa, tal como se muestra en la figura.

La versión original del experimento, consta de dos pesas iguales que cuelgan simétricamente del eje.

La pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las paletas se clienta debido a la fricción.

Si el bloque de masa M desciende una altura h, la energía potencial disminuye en Mgh, y ésta es la energía que se utiliza para calentar el agua (se desprecian otras pérdidas).

Joule encontró que la disminución de energía potencial es proporcional al incremento de temperatura del agua. La constante de proporcionalidad (el calor específico de agua) es igual a 4.186 J/(g ºC). Por tanto, 4.186 J de energía mecánica aumentan la temperatura de 1g de agua en 1º C. Se define la caloría como 4.186 J sin referencia a la sustancia que se está calentando.

1 cal=4.186 J

En la simulación de la experiencia de Joule, se desprecia el equivalente en agua del calorímetro, del termómetro, del eje y de las paletas, la pérdida de energía por las paredes aislantes del recipiente del calorímetro y otras pérdidas debidas al rozamiento en las poleas, etc.

Sea M la masa del bloque que cuelga y h su desplazamiento vertical

m la masa de agua del calorímetro

T0 la temperatura inicial del aguay T la temperatura final

g=9.8 m/s2 la aceleración de la gravedad

La conversión de energía mecánica íntegramente en calor se expresa mediante la siguiente ecuación.

Mgh=mc(T-T0)

Se despeja el calor específico del agua que estará expresado en J/(kg K).

Como el calor especifico del agua es por definición c=1 cal/(g ºC), obtenemos la equivalencia entre las unidades de calor y de trabajo o energía.

3.-Materiales y Equipos:

Calorímetro eléctrico

Fuente de c.a.

Balanza

Reóstato

Amperímetro de c.a.

Voltímetro de c.a.

Cronometro

Probeta

Conductores eléctricos

4.- Procedimiento

4.1.- Utilizando la balanza, determine la masa del calorímetro de Al (m’).

4.2.- Vierta en el calorímetro, 2000 ml de agua (m).

4.3.- Determine la temperatura inicial del agua y del calorímetro (oT0).

4.4.- Conectados al amperímetro y el reóstato, en serie y el voltímetro, en paralelo, respectivamente, alimente con la fuente de tensión alterna y al mismo tiempo ponga en marcha el cronometro (t). Haga revisar el circuito eléctrico.

4.5.- Con el reóstato mantenga la corriente (l) y la tensión (V) constantes y anote sus valores. Desconecte la fuente, luego de 5 minutos de operación.

4.6.- Determine la temperatura final del agua (oTf), luego de removerlo con el agitador.

4.7.- Repita esta operación variando la masa de agua y la tensión.

4.8.- Registre los datos en la hoja técnica.

TABULACIÓN DE DATOS:

Con los datos obtenidos elabore el siguiente cuadro de valores:

cH2O= 1 kcal/kgOC

cA1=0.22 kcal/kgOC

ΔQ=calor ganado por el agua

magua kilogramos 0.18925 0.14 0.1127

m’Al kilogramos 0.0412 0.0412 0.0412

V Voltios 12.50 10.04 7.84

I Amperios 2.5 2 1.5

t Segundos 300 300 300

OTO OC 20.00 20 20.5

OTf OC 30.50 29.00 27

ΔOT OC 10.50 9.00 6.5

ΔQ Calorías 1987.125 1260 732.55

ΔQ’ Calorías 95.172 81.576 58.916

QT= ΔQ+ ΔQ’ Calorías 2082.297 1341.576 791.466

W Joule 9375 6024 3528

J Joule/ Calorías 4.5022 4.49024 4.4576

Error Porcentual % 4.176 0.405 4.231

ΔQ’= calor ganado por el calorímetro

EJEMPLO DE CALCULOS:

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