1. OBJETIVOS 1.1. Generales:
Encontrar el equivalente eléctrico del calor para relacionar la energía calorífica con la energía mecánica. 1.2. Específicos: Calcular la energía disipada por la resistencia y el calor que produce para encontrar el equivalente eléctrico del calor.
2. MARCO TEORICO 2.1 COEFICIETE !E CO!"CTIVI!A! E#peri$en%o &e Jo'le. E('i)alen%e $ec*nico &el calor
En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre la unidad de energía joule julio! y la unidad de calor caloría. "ediante esta experiencia simulada, se pretende poner de manifiesto la gran cantidad de energía que es necesario transformar en calor para elevar aprecia#lemente la temperatura de un volumen peque$o de agua. !escripci+n.
%n recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción de una pesa, tal como se muestra en la figura.
&igura '( aparato construido por Joule para determinar el equivalente mecánico del calor
)a versión original del experimento, consta de dos pesas iguales que cuelgan simétricamente del eje.
'
)a pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las paletas se clienta de#ido a la fricción. *i el #loque de masa M desciende una altura h, la energía potencial disminuye en Mgh, y ésta es la energía que se utili+a para calentar el agua se desprecian otras pérdidas!. Joule encontró que la disminución de energía potencial es proporcional al incremento de temperatura del agua. )a constante de proporcionalidad el calor específico de agua! es igual a .'- J/g 0C!. 1or tanto, .'- J de energía mecánica aumentan la temperatura de 'g de agua en '0 C. *e define la caloría como .'- J sin referencia a la sustancia que se está calentando. ' 2cal3 4 .'- 2J3 ,. E-ERIMETO:
,.1 E('ipo 'sa&o
%na fuente de poder. %n calentador 5resistencia6. %n calorímetro, con agitador en forma de anillo. %na 7ornilla. %n recipiente metálico para calentar el agua. %n termómetro. %n tester para medir la resistencia. %n cronómetro. %na #alan+a. 8asos de precipitados.
,.2 !esarrollo Capaci&a& cal+rica &el calorí$e%ro /Cc0 - "edir la masa del calorímetro vacío incluidos agitador, resistencia y termómetro. - Ec7ar agua 7asta casi la mitad del calorímetro. - "edir la masa del calorímetro con agua. - Esperar un momento y medir la temperatura 9' del calorímetro y el agua. - Calentar agua 7asta la e#ullición, medir su temperatura 9: y vaciarla al calorímetro. ;gitar la me+cla 7asta conseguir el equili#rio térmico. "edir la temperatura de equili#rio 9eq. - "edir nuevamente la masa del calorímetro con toda el agua. Efectuar la resta y determinar la masa del agua caliente m:. E('i)alen%e $ec*nico &el calor - Ec7ar agua en el calorímetro de modo que la resistencia quede totalmente sumergida dentro del líquido. - "edir la masa del calorímetro lleno y con esta información cuantificar la masa de agua ma. - %na ve+ que la resistencia quede dentro del líquido, medir la temperatura del calorímetro cada <= segundos por espacio de tres minutos.
:
- Conectar la resistencia a la fuente de voltaje y se suministra la energía eléctrica, medir la temperatura cada <= segundos 7asta que se incremente más o menos <=0C. - Cortar el suministro de energía eléctrica y continuar midiendo la temperatura cada <= seg. >e modo de o#tener la curva de enfriamiento. ;puntar en la 7oja de datos los valores de la resistencia y el voltaje con su respectivo error. ,., An*lisis %ra%a$ien%o &e &a%os CAACI!A! CAORIFICA !E CAORIMETRO !a%os:
"asa del calorímetro 4
C C
(
=
m: C a T :
( T
e
−
−
T '
T e
) −
)
m'C a
Cal ( ,, − <: ) 0 C g 0 C − :@. g B ' Cal ( <: − 'A) 0 C g 0 C
@':.' g B '
C C
=
C C
= ( ,?:.? − :@.) Cal
C C
= :=?.'
0 C
Cal 0 C
Calc'lo &el error co$e%i&o "ediante la ecuación:
: E T ( T − T ) = e ( T − T )( T − T ) e e :
'
Cc
:
'
*ustituyendo datos
: B'0 C ( ,, − 'A ) 0 C e = ( ,, − <:) 0 C ( <: − 'A) 0 C = =.<: Cc
Res'l%a&o Cc = :=?.'
Cal 0 C
± =.<:
<
E('i)alen%e el4c%rico &el calor >atos: "asa del calorímetro 4
9a#la >atos del calentamiento >atos del enfriamiento F ' : < @ ? A
t s! = <= = A= ':= '@= '-= :'= :=
9 0C! :' :< :@ : :<= <: << <
F t s! ' : < @ ? A
9 0C!
Gr*fico:
Calc'lo &e la car5a &e resis%encia Qresistenci a
Qresistenci a Qresistenci a
= ( C c + ma C a ) T f − T
'
Cal Cal = + @''.' :=?.' ( <@0 C − 'A0 C ) 0 C 0 C = '',A'.: Cal
Calc'lo &el calor s'$inis%ra&o por la resis%encia
=
E
=
E
V
2
t
R
V
2
t
R
Calc'lo &el error co$e%i&o
e
= :
e
+
e
+
e
e
= :
e
+
e
+
e
E
E
V
V
R
R
t
t
Res'l%a&o
Calc'lo &el e('i)alen%e elec%rico &el calor
Calc'lo &el error co$e%i&o
Res'l%a&o
@
6 Concl'siones
7 C'es%ionario a! GCómo y con que otro aparato midió Joule la equivalencia entre energía mecánica y calorH #! GIué entiende por calor específico del agua y capacidad calorífica del calorímetroH c! GExiste alguna variación en el experimento si se utili+a corriente alternaH Explicar Resp'es%as.8
El experimento de Joule consiste en un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción de una pesa. )a versión original del experimento, consta de dos pesas iguales que cuelgan simétricamente del eje. )a pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las paletas se clienta de#ido a la fricción. *i el #loque de masa M desciende una altura h, la energía potencial disminuye en Mgh, y ésta es la energía que se utili+a para calentar el agua se desprecian otras pérdidas!
El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, 7ay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado, en cam#io la capacidad calorífica del calorímetro es la energía necesaria para aumentar en un grado su temperatura. Fo porque eso no afecta en nada.
