Universidad Católica de Santa María
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Ley de Joule Programa Profesional de Ingeniería Industrial Física II Electricidad y Magnetismo
Nombres y Apellidos
Prof. Mario Pumacallahui Pineda 19/05/2014
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Código
Firma
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1. Objetivos -
Establecer Experimentalmente el equivalente eléctrico de Joule.
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2. INTRODUCCIÓN: El efecto Joule consiste en la transformación de energía eléctrica en energía térmica (calor) en una resistencia recorrida por una corriente. Siendo R el valor de la resistencia, la tensión aplicada a ella, e I la corriente que circula, la potencia desarrollada por efecto Joule en dicha resistencia, se puede calcular por las expresiones:
Es muy importante observar que las expresiones de la ecuación número 1 proporcionan la potencia desarrollada en el dispositivo, o sea, la cantidad de energía transformada por unidad de tiempo. Si el aparato permanece conectado durante un intervalo de tiempo y deseamos calcular la energía total que se desarrollara en él durante ese tiempo, debemos multiplicar la potencia P por el intervalo de tiempo , es decir, .
La energía eléctrica se disipa a través del resistor y es proporcionada al fluido que está en su entorno, está energía deber ser igual a la cantidad de calor recibida por el fluido.
La cantidad de calor absorbida o liberada por un cuerpo de masa “m” y calor especifico “ ”, cuando su temperatura varia , se calcula por la relación:
3. EQUIPO MATERIAL -
3
Calorímetro Cronometro Fuente de Tensión Voltímetro Amperímetro
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Termómetro Cables Cocodrilos Balanza Digital Probeta graduada Vaso de 300 ml Resistencia de inmersión
4. ESQUEMA
A. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Armar el equipo como se muestra en el esquema. 2. Establecer la masa del calorímetro incluyendo la funda y termómetro 3. Cargar aproximadamente 200 ml de agua en el calorímetro, determinar la masa m1y la temperatura t1. 4. Introducir el calentador o resistencia de inmersión en el calorímetro, determinar, a través del agujero el calentador debe estar completamente sumergido. 5. Conéctese el voltímetro en derivación, según el esquema. 6. Instale el amperímetro en serie, según el esquema. 7. Utilice la conexión si es necesario. 8. Regular el voltaje a través del calentador aproximadamente 6V. 9. Se registran y se leen los valores del voltímetro y amperímetro 10. Conecte la fuente y simultáneamente ponga en marcha el cronometro. 4
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11. Con el termómetro suavemente, cuidando de o rozar las paredes se remueve el agua. Cuando el termómetro haya subido hasta u valor de 25°C, simultáneamente para el cronometro y desconecte la fuente. 12. Se sigue observando el termómetro y removiendo suavemente. 13. Cuando el termómetro deje de subir, se anota la temperatura de estabilización Tf. 14. Repita los pasos 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 y 12 del procedimiento experimental por lo menos 5 veces. 15. Registre sus datos en la TABLA 1.
TABLA 1
Lectu ra
Masa del Calorím etro
Masa del Calorím etro más agua
Tempera tura del agua T1
Tempera tura final de equilibrio
Increme nto de tempera tura
1 2 3 4
399,1 399,1 399,1 399,1
596,4 597,1 597,5 598,1
16 16 16 16,5
21,5 21 20 20
5,5 5 4 3,5
5
Difere Intensid ncia de ad de potenci Corrient al e
5,64 5,64 5,64 5,64
2,02 2,02 2,02 2,02
Joule
Tiempo (s)
2.81 2.73 2.82 2.73
8 6 5 5
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B. ÁNALISIS DE DATOS EXPERIMENTALES 1. Establecer el valor de incremento de la temperatura y su incertidumbre correspondiente. El incremento de temperatura oscila entre 3.5 a 5.5; el promedio aritmético del incremento de temperatura es de 4.5 con una incertidumbre de 0.05°C. T=
2. Utilizando el valor nominal de la capacidad calorífica del calorímetro de: Calcular el valor del equivalente eléctrico de Joule. ( )
3. Realizar una estimación de carácter interna para establecer el valor más probable ( promedio aritmético) y su incertidumbre ( desviación estándar)
Promedio Arítmetico
C. Comparación y Evaluación de Resultados Comparar el valor obtenido experimentalmente para el equivalente eléctrico de Joule.
Equivalente eléctrico de Joule con el valor nominal: J = 4.18 Joule/cal Valor de Joule experimental. J = 2.73 Joule/cal
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Existe una diferencia de 1.45 Joule/cal
¿Qué tipo de error se ha cometido? Explique
Es un error accidental o aleatorio; que es propio del acto de medir.
¿Es igual la potencia consumida por la resistencia de inmersión y la potencia entregada por la resistencia de inmersión al sistema? Explique
La intensidad de corriente que pasa por el sistema es la misma en todo el sistema, y al ser sumergida esta energía se transforma en calorífica por lo que no hay cambio de potencia en el experimento.
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5. Cuestionario final ¿En la práctica realizada es posible establecer el calor especifico del agua? explique Es posible calcular el calor especifico del agua primero se halla la temperatura inicial del agua, después de concluir el experimento se mide la temperatura final, la diferencia de estos dos es el resultado.
¿Existe conservación de energía en la práctica realizada? Explique analíticamente En la práctica existe transformación de energía eléctrica a calorífica, esta se da en el aumento de temperatura del agua, tal como está especificada por la ley de Joule.
Un calentador de inmersión de 230 W opera en una línea de 120 V, y se utiliza para elevar la temperatura de 250 cm 3 de agua desde 27° C hasta el punto de ebullición.
a) Determinar la corriente que pasa a través del calentador ……………………………………………………………………………………………………….
b) ¿Con que rapidez se transmite la energía al agua? --------------------------------------------------------------c) ¿Cuánto tiempo se necesita para que hierva esta cantidad de líquido? ……………………………………………………………………………………………………….
d) ¿Cuánto tiempo más necesita para convertir toda el agua en vapor? ……………………………………………………………………………………………………….
¿Es posible realizar la experiencia con otro líquido diferente al agua?
El agua posee características adecuadas para ser usado en el experimento, se puede usar otra clase de líquido como el alcohol, mercurio entre otros dependiendo de que clase de experimento deseemos comprobar. 8
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Conclusiones
El bloque desciende con velocidad constante y pierde energía potencial, como consecuencia el agua movida por las paletas se calienta debido a la fricción. Joule encontró que la disminución de energía potencial es proporcional al incremento de temperatura del agua 4.18 J de energía elevan 1°C la temperatura de 1 gramo de agua.
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