Equivalente

EQUIVALENTE MECANICO DE CALOR

I.INTRODUCCIÓN

Del principio de conservación de la energía, la cantidad de trabajo mecánicorealizado para llevar a cabo una actividad puede transformarse en calor, osea, la energía térmica es equivalente al trabajo realizado. En estaexperiencia encontraremos la relación cuantitativa de la equivalencia entreel trabajo mecánico (joules) y energía térmica (calorias)

II.OBJETIVOS

El objetivo de la práctica es utilizar la equivalencia entre calor

Q

y trabajo

W

(en ausencia de variación de energía interna) para la determinación del calorespecífico de un cuerpo sólido.La energía mecánica se transforma totalmente, debido a la fricción, en calor.En el experimento, se hace girar un cilindro metálico, calentándolo con unacinta de fricción tensa de material.

III.FUNDAMENTO TEORICO

Para elevar la temperatura de un cuerpo o sistema es necesario ponerlo encontacto con otro cuerpo de temperatura mayor o bien realizando trabajomecanico sobre este, esta energía mecánica si se transforma en energíatérmica se mide en calorías; se encontró la relación entre las caloríficas y lasunidades de Joule mediante una experiencia en la cual la energía mecánicaes transformada íntegramente en energía térmica. Joule determino la equivalencia de 4.186 Julios = 1 cal, a través de un apratoen el cual unos pesos que caen pierden energía mecánica, haciendo girar unconjunto de paletas dentro de un recipiente que contiene agua, originandocalentamiento del agua. Actualmente sigue siendo aceptado este resultado.Como regla general, y salvo algunas excepciones puntuales, la temperaturade un cuerpo aumenta cuando se le aporta

energía

en forma de

calor

. Elcociente entre la energía calorífica Q de un cuerpo y el incremento detemperatura T obtenido recibe el nombre de

capacidad calorífica

delcuerpo, que se expresa como:

La capacidad calorífica es un valor característico de los cuerpos, y estárelacionado con otra magnitud fundamental de la

calorimetría

, el

calorespecífico

.

Para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 ºC es necesario aportar una cantidad de calorigual a una caloría. Por tanto, la capacidad calorífica de 1 g de agua es igual a 1 cal/K.

Calor específico

El valor de la capacidad calorífica por unidad de masa se conoce como calorespecífico. En términos matemáticos, esta relación se expresa como:

donde c es el calor específico del cuerpo, m su

masa

, C la capacidadcalorífica, Q el calor aportado y DT el incremento de

temperatura

.El calor específico es característico para cada sustancia y, en el SistemaInternacional, se mide en julios por kilogramo y kelvin (J/(kg•K)). A títulode ejemplo, el calor específico del agua es igual a:Del estudio del calor específico del agua se obtuvo, históricamente, el valordel equivalente mecánico del calor, ya que:

Calorimetría

La determinación del calor específico de los cuerpos constituye uno de losfines primordiales de la calorimetría.El procedimiento más habitual para medir calores específicos consiste ensumergir una cantidad del cuerpo sometido a medición en un baño de aguade temperatura conocida. Suponiendo que el sistema está aislado, cuando se

alcance el equilibrio térmico se cumplirá que el calor cedido por el cuerposerá igual al absorbido por el agua, o a la inversa.

Método de medida de calores específicos. Al sumergir un cuerpo en agua de temperaturaconocida, cuando se alcanza el equilibrio térmico, el calor cedido por el cuerpo es igual alabsorbido por el agua.

Como la energía calorífica cedida ha de ser igual a la absorbida, se cumpleque:Siendo m la masa del cuerpo sumergido, c su calor específico, T latemperatura inicial del cuerpo, ma

la masa de agua,el calor específico delagua, T

a

la temperatura inicial del agua y T

f

la temperatura final deequilibrio. Todos los valores de la anterior expresión son conocidos, exceptoel calor específico del cuerpo, que puede por tanto deducirse y calcularse dela misma.

6.EXPLIQUE DETALLADAMENTE EL FUNCIONAMIENTO DE UNTERMÓMETRO DE RESISTENCIA Y EL PAR TERMOELÉCTRICO.

Definimos los siguientes conceptos a continuación:

Termómetro de resistencia

El termómetro se compone de un alambre fino, generalmente de platino,arrollado sobre una armadura de mica y encerrado dentro de un tubo deplata de paredes delgadas que sirve de protección. Se basa en el hecho deque la resistencia eléctrica de los metales aumenta al crecer la temperatura.Mediante hilos de cobre se une el termómetro a un dispositivo para medirresistencias, el cual pude estar colocado en un sitio conveniente. Puesto quela resistencia puede medirse con mucha precisión, el termómetro deresistencia es uno de los instrumentos más precisos para la medida detemperaturas, pudiendo alcanzarse una aproximación de 0,001 ºC. Elintervalo de utilización de este termómetro de resistencia de platino abarca,aproximadamente, de -250 ºC hasta 1760 ºC, punto de fusión del platino.

Coeficiente de temperatura de la resistencia

La resistencia de un material en respuesta a una variación de la temperaturase conoce como “coeficiente de la resistencia”.

El coeficiente se expresa como un cambio de resistencia en ohms y por ohmpor grado de temperatura a una temperatura especifica. Para casi todos losmetales, el coeficiente de temperatura es positivo; para muchos metalespuros, el coeficiente es esencialmente constante en grandes porciones de sugama útil.

7.¿EN UNA LÁMINA DE ÁREA IRREGULAR EL COEFICIENTE DEDILATACIÓN SUPERFICIAL ES EL DOBLE QUE EL COEFICIENTEDE DILATACIÓN LINEAL?

La dilatación superficial de un sólido

isótropo

tiene un coeficiente dedilatación superficial que es aproximadamente dos veces el coeficiente dedilatación lineal. Por ejemplo si se considera una placa rectangular (dedimensiones: L

x

y L

y

), y se somete a un incremento uniforme detemperatura, el cambio de superficial vendrá dado por:Las sustancias isotrópicas presentan siempre el mismo comportamientoindependientemente de la dirección, mientras que en las anisotrópicas laspropiedades varían con la dirección.. Las sustancias isotrópicas presentansiempre el mismo comportamiento independientemente de la dirección,mientras que en las anisotrópicas las propiedades varian con la dirección.En el caso de la luz, los cristales

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