EFECTO DE JOULE RESUMEN Se deter determin minó ó el equi equival valen ente te mecán mecánico ico del del calor calor ( J ) por medio de un calorímetro y diferentes masas de agua, el agua, que se encontraba en el calorímetro se le aumento la temperatura por medio de una resistencia por la cual recorría una una corrie corrient nte e I que que vari variab aban an entre entre 3,5 y 4, 4, A, el incremento en la temperatura se registraba constantemente constantemente con un termómetro durante un tiempo de !,5 minuto con el fin de observar la relación entre el incrementito de la temperatura y el tiempo para poder obtener un valor de J para para cada e"perimento y probar la valides de la #ey de $oule%
INTRODUCCIÓN &l calentamiento de los conductores por el paso de la corriente el'ctrica fue uno de los primeros efectos observados por los científicos estudiosos de los fenó fenóme meno nos s el'c el'ctr tric icos os,, sin sin emba embarg rgo, o, abría de pasar algn tiempo antes de que que se cono conoci cier era a la magn magnit itud ud de tal tal efecto calorífico y los factores de los que depend depende% e% $ames $ames *rescott *rescott $oule $oule (!+!+ (!+!+ !++!++-)) se inte intere resó só desd desde e .ove .oven n en la medi medida da de temp temper erat atur uras as de moto motore res s el'ctricos, lo que le permitió acia !+4 encontrar la ley que rrige ige la producción de calo calorr por el paso de una corrie rrien nte el'ctrica a trav's de un conductor% conductor% #a ley de $oule $oule establec establece e que la cantida cantidad d de calor producida es direc rectamente prop roporcio rcion nal a la resi resist ste encia cia R del conductor, al cuadrado de la intensidad de corriente I que que lo atraviesa y al tiempo t % es decir Q I ² Rt =
(!) &l efecto efecto calor calorífi ífico, co, tambi tambi'n 'n llamad llamado o efecto $oule, puede ser e"plicado a partir del del mecan mecanism ismo o de condu conducci cción ón de los elec electr tron ones es en un meta metal% l% #a ener energí gía a disi isipad pada en los co coques inte intern rno os aumen menta la agita itación ción t'rmic rmica a del material, lo que da lugar a un aumento de la tempe temperat ratura ura y a la consi consigu guien iente te producción de calor% #a ley de $oule, por su parte, puede ser enfocada como una cons consec ecue uenc ncia ia de la inte interp rpre reta taci ción ón
energ' rg'tica tica de la ley de /m /m% Si I.R representa la energía disipada por cada unidad de carga, la energía total que se disipa en el conductor en forma de calor, cuan cuando do aya aya sido sido atrav atravesa esado do por por una una carga q, será0 Q qIR =
(1) &n 'ste efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodom'sticos como los ornos, las tostadoras y las cale calefa facc ccio ione nes s el'c el'ctr tric icas as,, y algu alguno nos s apara aparatos tos emplea empleado dos s indus industri trial almen mente te como soldadoras, entre otros, en los que el efecto til buscado es, precisamente precisamente el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente% Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto inde indese sead ado o y la ra2ó ra2ón n por por la que que los los apar aparat atos os el'c el'ctr tric icos os y elec electr trón ónic icos os necesitan un ventilador que disminuya el calor generado y evite el calentamiento e"cesivo e"cesivo de los diferen diferentes tes disposit dispositivos ivos como podían ser los circuitos integrados%
MODELO TEÓRICO asándose en la ley de $oule y en el principio de la conservación de la energía se dete determ rmin inó ó e"pe e"peri rime ment ntal alme ment nte e el equiv equivale alente nte mecán mecánico ico del del calor calor J % #as #as ecuaciones aplicadas fueron0
∫
W = Pdt =VI ( t f −t i ) ( 3 ) Mc= M agua c agua + M cal c cal ( 4 )
J =
[ ]=[ ∑ W Q
]
VI ∆ t (5 ) Mc ∆ T
( ∑ Mc ) ∆T = 1J ( VI ) ∆ t ( 6) m=
VI (7 ) J Mc 1
%Error =
|Valor Real −Valor Experimental| Valor Real
(+)
Detalles Experimentales Se le midió a una cantidad de agua la temperatura y su masa por medio de una termómetro de ,!6 y una balan2a de
,!g, respectivamente, 'sta cantidad de agua fue vertida en un recipiente de aluminio denominado calorímetro al cual se le mido la masa por medio de una balan2a de ,!g, en 'ste se encontraba una resistencia el'ctrica% &l calorímetro se conectó por medio de cables de cone"ión a una fuente de potencia, a un reóstato y a un multímetro, con el fin de acer pasar una corriente el'ctrica por medio de la resistencia, transformar esa energía el'ctrica a energía calórica, y conocer la corriente que circulaba por la resistencia% 7l pasar un tiempo definido la temperatura del agua se incrementaba con respecto a la temperatura inicial, estas nuevas temperaturas se midieron con un termómetro de ,!6% &l anterior procedimiento se reali2ó para cuatro diferentes masas de agua% #os valores de las temperaturas, las masas de agua y el calorímetro, los tiempos, las corrientes y las diferencias de potencias se observan en las siguientes tablas0
