Universidad autónoma de Chiriquí

escuela de físicaproyecto de fis 209B

determinación del equivalente eléctrico de calor

estudiantes:Gissel García

Carlos Fonseca

Experimento de joule:

Los experimentos de Joule demostraron que no sólo la energía mecánica permite elevar la temperatura, sino que también cualquier otra forma de energía suministrada a un sistema puede realizar el mismo efecto. Es decir el número de Joule necesarios para aumentar en un grado la temperatura de un gramo de agua, mediante la utilización de trabajo mecánico.

Sistema propuesto: Si introducimos en un recipiente con agua a cierta temperatura, una resistencia

eléctrica, y aplicamos una diferencia de potencial V, observamos el paso de una corriente I. La potencia consumida en la resistencia es: P=VI (Ec.1) La energía eléctrica W generada al cabo de un tiempo t, es: W=VI t (Ec.2)

Si la temperatura inicial es T1 y la final T2, entonces: Q=Co (m+k)(T2-T1) (Ec.3) donde Co es el calor específico del agua (a cal/g K), m la masa en gramos del agua y k el llamado equivalente en agua del calorímetro, el cual es una masa de agua capaz de absorber igual cantidad de calor que el calorímetro para la misma elevación de temperatura. El equivalente Je, del calor, es entonces: Je=W/Q (ec.4) y su expresión se obtiene dividiendo la (Ec.2) por la (Ec.3).

Experimento: primer lugar, buscamos el valor del equivalente en agua del calorímetro, denominado

por la letra k.

Donde;

Expresión que se deduce al sumar la cantidad de calor que absorbe el sistema con el calor que expulsa (=0) (los signos los da Δt).

el equivalente en agua del calorímetro significa una masa de agua cuya capacidad calorífica es igual a la del conjunto constituido por el sistema.

Hecho esto pasamos a construir un sistema como se muestra en la figura La resistencia utilizada fue una de cerámica de 10.4Ω y la fuente de voltaje 12.6V. Conociendo que I = V/R , y remplazando en la Ecuación 1 se obtiene una potencia de 15.265 W. Se le agrega una masa al calorímetro de tal manera que todos los elementos ya dentro del calorímetro equivalgan a una masa total, agregamos 250 ml de agua al sistema, y medimos la temperatura para distintos intervalos de tiempo determinados por un cronómetro.

Datos de temperatura y tiempo para ver la velocidad de transferencia de calor al sistema.

En este caso la pendiente es la velocidad de transferencia de calor al sistema.

Resultados:

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 16000

10

20

30

40

50

60

f(x) = 0.0128703703703704 x + 29.8444444444445

Temperatura vs Tiempo

Tiempo (s)

Tem

pera

tura

(°C)

al calcular los calores y las potencias respectivas para entonces determinar lo que vendría siendo el equivalente eléctrico en agua. Con m=250g, k=9,8g I=1,2A, V=12.6V y la tabla de temperatura y tiempo se obtiene:

Datos de la potencia y el calor, el cual su cociente

determina lo que sería el equivalente eléctrico dado en J/cal.

el valor de la pendiente es el equivalente eléctrico del calor J=4,47 J/cal determinado por el grafico.

W(J) Q(cal)2721.6 519.65443.2 1039.28164.8 1818.6

10886.4 2338.213608 3117.6

16329.6 3637.219051.2 4156.821772.8 4676.4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000

5000

10000

15000

20000

25000

f(x) = 4.47330525743785 x + 335.011764705883

W vs Q

Q(cal)

W(J)

Conclusiones:

Se determinó finalmente el equivalente eléctrico del calor lo cual nos llevo a la conclusión que mediante cualquier forma de energía en un sistema, el resultado para el equivalente de joule debería darnos lo mismo y esto dependerá de las variables tomadas por el experimentador o del sistema.

Gracias por su atención