Práctica 7 Equivalencia Calor-Trabajo Objetivo Introducir el tema de energía y ver las interrelaciones de sus diversas formas de manifestación. Cuestionario previo 1. Dentro de las formas de manifestación de la energía se encuentran la energía térmica y la energía mecánica, definelas y da sus unidades. ENERGÍA TÉRMICA: Energía que posee un cuerpo en virtud de su temperatura. Es la que poseen los cuerpos debido al movimiento de las partículas que los forman. La unidad de calor en el Sistema Internacional, como del resto de las energías, es el julio (J). Sin embargo, es frecuente que el calor se mida en calorías (cal) o kilocalorías (kcal) Equivalencia entre el julio y la caloría 1 J = 0,24 cal 1 cal = 4,18 J La temperatura es sólo la magnitud que miden los termómetros y se mide en grados. En nuestra vida cotidiana, usamos el grado centígrado o Celsius (ºC). En los países anglosajones emplean el grado Farenheit (ºF). En el Sistema Internacional se emplea el kelvin (K) ENERGÍA MÉCANICA: La energía mecánica de un cuerpo es la suma de sus energías cinética y potencial. Es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial: La energía cinética es la energía que posee un cuerpo en virtud del movimiento y la energía potencial, es aquella energía que posee un cuerpo en virtud de su posición en un campo de
fuerza; por ejemplo: una masa en un campo gravitatorio, una partícula cargada en un campo eléctrico. La unidad de calor en el Sistema Internacional, es el julio (J). 2. ¿Existe alguna relación entre la conservación de la energía y el equivalente mecánico del calor? Sí, ya que hay que tener en cuenta que, la energía no se crea ni se destruye solo se transforma, por lo tanto, si se realiza un trabajo, la energía que se conserve será convertida en calor. 3. ¿Qué es un calorímetro a presión constante, volumen constante y temperatura constante? ¿Para qué se usan? El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir la cantidad de calor que liberan o absorben los cuerpos. 4. ¿Qué es la constante de un calorímetro? ¿Para qué se usa? ¿Cómo se determina? Se denomina constante de calorímetro a la cantidad de calor absorbida o liberada por el calorímetro para elevar o disminuir su temperatura a 1 °C. Esta energía térmica es la necesaria para calentar o enfriar un recipiente calorimétrico, el termómetro y el agitador. Para determinar la constante de calorímetro, se mide la variación de temperatura por un cuerpo al producirse un proceso que intercambie una cantidad de calor conocida. 5. ¿Qué es el equivalente mecánico del calor? En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. Dicho experimento se conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.
Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría. Con su experimento, Joule se propuso demostrar que se podía elevar la temperatura del agua transfiriéndole energía mecánica. Al recipiente se le acoplan unas paletas conectadas mediante una cuerda con una masa que puede caer. Conforme la masa cae a velocidad constante, las paletas giran, por lo que se convierte la energía potencial gravitatoria de la masa en energía para hacer girar las paletas. Debido a este giro, el agua aumenta de temperatura (el giro de las paletas se transforma en calor). Lo que encontró Joule fue que, para elevar la temperatura del kilogramo de agua hasta 15.5ºC (es decir, para conseguir una energía de 1000 calorías), la energía potencial de la masa debía disminuir en 4180 Julios. Por tanto, la equivalencia entre unidades de calor y energía es:
El descubrimiento de Joule llevó a la teoría de la conservación de la energía lo que a su vez condujo al desarrollo del primer principio de la Termodinámica. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/mecanica.htm https://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/etermica.pdf http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/calorimetro/calorimetr o.html
Con base a los resultados obtenidos en las tablas podemos observar que el valor de la capacidad térmica cambia con respecto a la temperatura a que este sometida el metal.
Con las temperaturas que tomamos se pudo proponer una escala nueva llamada °E que nos ayudará para demostrar que la temperatura es una propiedad intensiva y además de que podremos observar la aplicación de la ley cero, llegando al equilibrio térmico con las mezclas usadas.
