Equivalente De Calor

Título: Equivalente eléctrico de calor

INTRODUCCIÓN

El presente informe pretende dar a conocer los resultados obtenidos tras la realización del laboratorio para conocer el funcionamiento de un medidor de calor denominado calorímetro .

El laboratorio que se realizó y del cual es el presente informe, tuvo como principal objetivo determinar la capacidad calórica de un calorímetro adiabático. En este experimento, se medió la cantidad de energía eléctrica convertida en energía térmica mediante una bobina eléctrica calefactora sumergida en agua. Al mismo tiempo, se medió la cantidad de calor absorbido por una masa conocida de agua.

El calorímetro tenía un calor específico mínimo y no absorbería energía térmica. Sus resultados deberían indicar que la energía térmica transferida al agua es igual a la energía eléctrica consumida en la bobina.

OBJETIVO

Determinar la capacidad calórica de un calorímetro adiabático.

Calcular el trabajo eléctrico realizado dentro del calorímetro.

Calcular el valor equivalente eléctrico del calor.

MARCO TEÓRICO

Un dispositivo muy útil para los experimentos de termodinámica es el calorímetro de mezclas, que consiste en un recipiente con una buena aislación térmica y que contiene un líquido (por lo regular agua), un termómetro y otros elementos, como un agitador y un calefactor (resistencia eléctrica). No debemos olvidar que el calorímetro participa como parte integrante en los procesos de transferencia de calor que se realicen en él y por tal motivo es importante caracterizar su comportamiento térmico. Si por algún método suministramos una cantidad de calor Q al sistema.

Ecuación 1 – Formulas para hallar el equivalente eléctrico de calor.

Aquí, cagua es el calor específico del agua, ctermo representa el calor específico del termómetro y cxx el calor específico del recipiente, agitador y demás elementos dentro del calorímetro, estos dos últimos desconocidos en general. Las masas correspondientes son: magua, mtermo y mxx. Para un dado calorímetro, el término entre llaves de (1b) es una constante con dimensión de masa, y puede agruparse en una sola contante Meq, que se designa como el equivalente en agua del calorímetro. Meq tiene un significado físico simple: representa una masa de agua cuya capacidad calorífica es igual a la del conjunto constituido por el termómetro, recipiente, agitador y todos los demás componentes del calorímetro.

La primera ley de la termodinámica, también conocida como ley de la conservación de la energía, enuncia que la energía es indestructible, siempre que desaparece una clase de energía aparece otra (Julius von Mayer). Más específicamente, la primera ley de la termodinámica establece que al variar la energía interna en un sistema cerrado, se produce calor y un trabajo. “La energía no se pierde, sino que se transforma”.

Figura 1 – Primera Ley de la termodinámica.

MATERIALES Y REACTIVOS

Balanza analítica

Cronómetro

Fuente de potencia

Calorímetro

Termopar

Termómetro -10°C a 150°C

Multímetro

Vaso de precipitado de 150 ml

Plancha de calentamiento con agitación.

Resistencia eléctrica

Agua destilada

PROCEDIMIENTO

DATOS Y RESULTADOS

La práctica se realizó de la siguiente manera: 2 grupos trabajaron la determinación del calor específico del calorímetro y los 2 restantes trabajaron la determinación del equivalente eléctrico del calor, los datos obtenidos por los cuatro grupos son los siguientes:

Tabla 1 – Datos obtenidos en el laboratorio por los cuatro grupos.

Determinación del calor especifico del calorímetro

Datos Grupo 1 Grupo 2

Tº de agua fría (K) 293,7 291,5

Tº de agua caliente (K) 372 373,15

Masa agua fría (g) 39,5 39,69

Volumen agua caliente (ml) 40 40

Masa calorímetro (g) 69,49 71,92

Tº de equilibrio (K) Tiempo (min) Tº (K) Tiempo (min) Tº (K)

0 305,6 0 302,6

5 305,4 5 301,9

10 304,8 10 301,1

15 304,2 15 300,6

20 303,7 20 300

25 303,2 25 299,6

57 (aprox)* 300

Determinación del equivalente eléctrico del calor

Datos Grupo 3 Grupo 4

Corriente (A) 0,34 0,7

Voltaje (V) 8 5

Masa agua (g) 80 80

Tº agua fría (K) 291,15 292,45

Masa calorímetro (g) 84 68,74

Tº de equilibrio (K) Tiempo (min) Tº (K) Tiempo (min) Tº (K)

0 291,3 0 292,45

3 291,3 3 292,45

6 291,4 6 293,05

9 291,8 9 293,85

12 292,4 12 294,95

15 293,1 15 296,15

18 294,1 18 297,35

21 294,9 21 298,65

24 295,8 24 299,75

48 (aprox)* 300

Se logra observar que dos de los cuatro grupos presentaron problemas a la hora de dejar en equilibrio las temperaturas. Con los datos obtenidos se hará el cálculo del valor del CP del calorímetro, se hallara el trabajo eléctrico y el calor total, que se representara por una gráfica.

Figura 2 – Carga eléctrica.

Datos obtenidos

Tabla 2 – Datos obtenidos en la práctica grupo 4.

Corriente 0,7 A

Voltaje 5 V

Masa agua 80 ml

Temperatura agua fría 292,45 K

Masa del calorímetro 68,74 g

Densidad del agua (19ºC) 0,99849 g/ml

Temperatura (T1–T3) (292,45 K - 299,75 K)

Cálculos

mcalorimetro*CPcalorimetro*(T3-T1)+maguafria*CPagua*(T3-T1)=magua*CPagua*(T3-T1)

[68,49 g*CP calorimetro(299,75 K-292,45 K)+80 ml*4,1818 J/(g K) (299,75 K-292,45 K)=79,88 g*4,1818 J/(g K)(299,75 K-292,45 K)]

Cpcalorimetro= -0,00732685 J/gK

Ecuación 2 – Determinación del CP del calorímetro.

Welectrico=Voltaje*Corriente*∆t

Ecuación 3 – Determinación del trabajo (W) eléctrico.

Qtotal=Qagua+Qcalorimetro

Qtotal=m calorimetro*CP calorimetro*(ƼT)+m agua*CP agua*(ƼT)

Qtotal= ƼT(mcalorimetro*CPcalorimetro+magua*CPagua)

Ecuación 4 – Determinación del calor (Q) total.

Tabla 3 – Determinación del trabajo eléctrico y el calor total.

Tiempo (s) Δ

...