Experimento De Joule

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial

“Optativa II”

Título: Experimento de Joule y los motores de combustión interna.

Carrera: Ingeniería Industrial

Área Académica: Mecánica

Línea de Investigación: Mecánica

Ciclo Académico y Paralelo: Séptimo Industrial “A”

Alumnos participantes: Efrén Luisa – Miguel López

Módulo y Docente: Optativa II - Ing. Edisson Jordán

Fecha: 12/07/2015

Objetivo General.

Comprender la conceptualización del experimento de Joule y además de una aplicación como son los motores de combustión interna mediante una adecuada recolección de información por medio de la linkografía, bibliografía y graficas que faciliten de forma didáctica su conocimiento.

Objetivos Específicos

• Investigar cómo se realizó el experimento de Joule y las implicaciones que tiene el mismo.

• Descubrir el funcionamiento de los motores de combustión interna además de interpretar las diferentes definiciones y características que relacionan a estos motores.

Marco Teórico:

EXPERIMENTO DE JOULE

El experimento de Joule es uno de los experimentos de la ciencia que cambiaron por completo el rumbo del mundo al brindar las herramientas para comprender un fenómeno muy esquivo: ¿qué es y cómo se transfiere la energía? Dada la importancia que tuvo en la comprensión de estos conceptos que aún hoy siguen siendo objeto de estudio para muchas ciencias, aquí reproduciremos de la manera más sencilla posible este experimento e iremos explicando detalladamente las implicaciones, los por qué y los cómo que envuelve este tremendo avance de la ciencia.

La definición anterior no podía ser establecida y no pudo haberlo sido sin los experimentos de Joule

El calor era considerado un fluido, algo así como un gas invisible que transfería el calor desde un objeto caliente hasta un objeto más frío o bien de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura. El experimento que demostraba la transferencia del calor y que pretendía justificar que el calor era un fluido consistía en colocar dos recipientes conectados y aislados del medio, con un gradiente o diferencia de temperatura entre ellos. Así, después de un tiempo de estar en contacto, el calor “fluía” desde el recipiente de mayor temperatura al de menor temperatura, provocando que el recipiente más caliente se enfriase y el recipiente más frío se calentase. Al final, ambos terminarán con una temperatura intermedia en común. Así, se pensaba que el calor fluía escapando del objeto más caliente al más frío, buscando el equilibrio térmico.

Con la definición anterior no se podía establecer que el calor y el trabajo mecánico tuviesen relación directa, ya que una cosa era el trabajo mecánico y otra era el calor (que se consideraba un fluido). Sin embargo, el experimento de Joule demostró que existe una relación entre los diferentes tipos de energía y las distintas formas de trabajo que se manifiestan debido a la energía

Si la energía era producto del calor y el calor era ajeno al sistema ya que se consideraba un fluido que “abandona” a los cuerpos más calientes, Joule demostró lo contrario con el experimento siguiente:

DESARROLLO:

PROPOSITO:

La idea es que al caer la pesa, mediante la cuerda que la sujeta, mueva el sistema de poleas y con esto el eje, la hélice agitar el agua aumentando su temperatura. Al dejar caer la pesa desde una altura sabemos cuál fue la energía potencial que se utilizó para mover la hélice.

MATERIAL:

 2 soportes universales

 2 poleas

 2 pesas

 1 termómetro

 el recipiente aislado térmicamente

PROCEDIMIENTO:

EXPLICACIÓN

Al aislar el sistema estamos asegurando que el calor no puede entrar o salir del sistema, lo que garantiza que si hay un cambio en la energía del sistema debe ser consecuencia del trabajo que estamos realizando mediante la energía cinética o de movimiento que estamos imprimiendo al agua mediante el sistema. Recordemos que un sistema aislado es aquel en el que ni la materia ni el calor pueden entrar o salir del sistema mediante los alrededores, condición que se cumple con el recipiente cerrado y el material adiabático (como el termo o el unicel).

Un sistema adiabático es aquel en el que la transferencia de calor (Q) es igual a cero, es decir, no existe transferencia de calor desde o hacia el sistema

Si el calor no puede “fluir” desde o hacia el sistema porque está aislado, entonces el aumento en la temperatura, lo que denota un incremento en un tipo muy específico de energía que se conoce como calor, debe ser consecuencia del movimiento del peso.

 De esta manera Joule fue capaz de introducir un concepto totalmente nuevo hasta el momento: Existe otra forma de energía que pertenece al sistema y que no fluye desde un objeto a otro, sino que también puede producirse mediante otros tipos de energía, como la energía cinética en este caso.

Dado que al realizar trabajo se transforma parte de la energía en calor, entonces Joule fue capaz de determinar que existe una relación entre el trabajo producido y el aumento en la temperatura como consecuencia de la energía calorífica producida.

Este es el origen del equivalente mecánico del calor

Por otro lado, el experimento de Joule también demostró que existen otros tipos de energías relacionados no con el flujo de ningún tipo de energía invisible, sino asociados al propio sistema. Así es como se pudo acuñar el término energía interna, la cual denota la capacidad misma de un sistema para producir trabajo u otros tipos de energía. Por último, Joule fue capaz de establecer una relación entre todos los tipos de energía conocidos: la energía interna, el calor, la energía potencial y la energía cinética. Esta observación pudo establecer que la energía es la misma en el universo, constante y que no puede producirse de la nada, sino simplemente puede transformarse de un tipo a otro. Así, concluimos con el enunciado de la primera ley de la termodinámica que, de manera similar a lo que estableció Lavoisier sobre la masa, nos dice que: “la energía del universo es constante y no se crea ni se destruye, solamente se puede transformar de un tipo en otra”. Sin embargo, los métodos modernos no

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