Laboratorio de Termodinamica #6 Equivalente Electrico de Calor

.EQUIVALENTE ELÉCTRICO DE CALOR DEPARTAMENTO DE INGENIERIAS RESUMEN Equivalente Eléctrico de Calor: El principio de conservación de la energía nos dice que si una dada cantidad de energía de algún tipo se transforma completamente en calor, la variación de la energía térmica resultante debe ser equivalente a la cantidad de energía entregada. En este experimento buscamos demostrar la equivalencia entre la energía entregada a un sistema y el calor en que se convierte. Si la energía se mide en Joules y el calor en calorías, nos proponemos también encontrar la equivalencia entre estas unidades. A la relación cuantitativa entre Joules y calorías la llamaremos equivalente eléctrico (o mecánico) del calor, y la denominaremos Je. Recordamos que Joule es la unidad de energía del Sistema Internacional de unidades: 1 J = 1 N-m; y una caloría es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de agua para elevarle la temperatura 1 ºC (desde 14.5 ºC hasta 15.5 ºC). PALABRAS CLAVE: Equivalente, Equivalente Eléctrico de Calor, Joules, calorías, mecánico. Esta práctica está diseñada para estudiar la transformación de energía eléctrica en calor, cuya manifestación inmediata va a ser la elevación de la temperatura de una masa de agua contenida en el calorímetro. La energía eléctrica en la resistencia por la que circula una intensidad I y en cuyos extremos existe una d.d.p. V, en el tiempo t , es: 1. INTRODUCCIÓN El experimento realizado por Joule tiene un análogo muy interesante en física, donde la diferencia de temperatura entre dos estados del sistema no es generada por un trabajo mecánico, si no eléctrico. La fuerza disipa una cantidad de energía (debida a una diferencia de potencial) por unidad de tiempo y esta energía es absorbida por el fluido que circunda la fuente mediante tres mecanismos: conducción entre la interfaz fuentefluido, convección entre laminas de fluido y radiación. Después de un tiempo, se observa un aumento de la temperatura del medio y se establece que trabajo, energía y calor, son cantidades de la misma naturaleza. Mas importante aun: la energía total del sistema se conserva, independiente de las interacciones que dan lugar a las transformaciones de energía. w ( Julios )=VIt Esta energía suministrada se disipa en forma de calor Q, absorbido por el agua y el calorímetro completo. Suponiendo despreciables las pérdidas a través del calorímetro se verifica w ( Julios )=J (Q ( calrias ) ) Q ( calorias ) =( M agua c agua + K calorimetro ) ∆T 2. MARCO TEÓRICO Donde Magua es la masa de agua en el calorímetro; c agua es el calor específico del agua; K calorímetro es el equivalente en agua del calorímetro y ∆T la variación de temperatura experimentada por el agua y el calorímetro y t es el tiempo de calentamiento. La energía se puede presentar de diferentes formas, cinética, eléctrica, calorífica, etc., que pueden transformarse unas en otras. La comprobación de que el calor es una forma de energía se hizo mediante experimentos que se basaban en transformar energía mecánica en calor. De ahí que la razón entre la energía W que se transforma en calor Q, W/Q = J se le denomine equivalente mecánico del calor. Cualquier forma de energía es susceptible de ser transformada en energía calorífica, así que se podría hablar del “equivalente eléctrico” del calor etc., pero tradicionalmente se ha mantenido el nombre inicial. El equivalente J viene dado por: J= 1 VIt Julio ( ) ( M agua cagua + K calorimetro )∆ T Caloria . MONTAJE EXPERIMENTAL 1. Mida la masa del calorímetro vacio con su tapa m cal . 2. Vierta agua en el calorímetro de tal forma que la resistencia quede cubierta completamente. 3. Registre la masa del calorímetro con el agua y su respetiva tapa m cal+agua . 4. Introduzca la termocupla en el calorímetro, asegurándose que el sensor siempre este en contacto con el agua. 5. Nota: No permita que estos valores se superen en el circuito, pues puede dañar permanentemente o acortar la vida útil de la bombilla. Si observa que la fuente no puede ser regulada, pida asistencia para conectar un circuito conector de corriente. Conecte el sistema como se ve en la figura y encienda la fuente DC con un voltaje máximo 12v y una corriente máxima de 3A. 6. Registre los valores de voltaje V y corriente I con el multimetro. Haga un registro de la temperatura del agua en función del tiempo. 7. Agite suavemente el agua con el mezclador hasta observar un incremento en la temperatura de 2°c, apague la fuente y siga removiendo hasta cuando observe que la temperatura se ha estabilizado y detenga el cronometro. 8. Tome nota de los valores de tiempo t y diferencia de temperatura ∆T observada en agua. 9. Repita dos veces el procedimiento anterior. 10. Realice el mismo experimento, pero ahora adicione algunas gotas de tinta en agua. Repita tres veces y registre sus datos nuevamente. 2 .  distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisión, impresora, router, etc.). Materiales: Calorímetros de icopor con sus tapas: El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Así mismo es un dispositivo usado para la calorimetría que es la ciencia de medir el calor de reacciones químicas o cambios físicos como la capacidad de calor. Termómetro: Los termómetros digitales son aquellos que, valiéndose de dispositivos transductores, utilizan luego circuitos electrónicos para convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas, mostrando finalmente la temperatura en un visualizador. Frasco plástico: recipiente para el agua donde se coloca la bombilla. Cables banana – banana: Se utiliza generalmente para conectar la fuente de alimentación a un circuito eléctrico. Está formado por un cable de cobre con un revestimiento plástico y por dos conectores bananas en sus extremo. Se puede alargar la longitud del cable insertado el conector banana de un cable en el orificio del conector banana de otro cable. Lampara: Conexión de bombilla que se utiliza para realizar el experimento. Multímetro: Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento electrónico de medida que combina varias funciones en una sola unidad. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Fuente DC regulable: En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los 3 . 3. ANÁLISIS Y RESULTADOS Los siguientes resultados fueron obtenidos con base a la práctica de laboratorio basada en el equivalente eléctrico de calor, los datos obtenidos se manejan con un margen de error mínimo debido a las distintas mediciones que se realizaron en cada toma de datos, en donde se toma la aproximación más cercana en promedio de mediciones. Termocuplas: Las termocuplas son el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente. Una termocuplas se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la temperatura. A continuación la aplicación de fórmulas para obtener los resultados numéricos y estadísticos del experimento. Balanza Digital: Aparato creado artificialmente por el hombre para calcular el peso de un elemento. Este procedimiento se realiza a partir de que se coloca tal elemento u objeto a pesar en una superficie y la misma calcula, a través de diferentes métodos, su peso de manera casi instantánea. 4. CONCLUSIONES  Cronómetro: Reloj de gran precisión que permite medir intervalos de tiempo muy pequeños, hasta fracciones de segundo. 4 El calor es energía que es transferida desde un cuerpo a otro debido a su diferencia de temperatura. .   [1] Física experimental: Fluidos y Termodinámica (Autor: Luz Ángela García Peñaloza) Departamento de ciencias básicas; Fundación Universitaria los Libertadores. El calor no es una sustancia, ni una forma de energía, sino más bien como una forma de transferencia de energía. Se necesita transformar una gran cantidad de energía en calor para elevar apreciablemente la temperatura de un volumen pequeño de agua. https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico http://www.monografias.com/trabajos35/calor-especifico/calorespecifico.shtml http://es.slideshare.net/ronoroca/informe-calor-especfico http://www.ual.es/~mnavarro/Practica16.pdf 5. REFERENCIAS 5