Experimento de joule. Equivalente de mecanico de calor.

Introducción

La termodinámica se define como el estudio de la energía, sus formas y transformaciones,así como sus interacciones con la materia.

A comienzos del siglo XIX la gente estaba interesada en mejorar la eficiencia de las máquinas de vapor y de los cañones. Un hecho evidente era que después de algunos disparos los cañones se recalentaban hasta tal punto que se volvían inservibles. Esto llevó a la observación que debía existir una conexión entre las fuerzas mecánicas y químicas involucradas en el disparo y el "calórico" como se llamaba el calor en esa época.

Si calor y trabajo son ambos formas de energía en tránsito de unos cuerpos o sistemas a otros, deben estar relacionadas entre sí.

La primera medida directa fue realizada por james p. joule(1818-1889) en una serie de experimentos(1840-1850), cuyos primeros resultados fueron publicados en 1843 sin conocimiento previo del trabajo de mayer. Tales experimentos involucraron diferentes formas de energía convertidas en calor. El mas conocido implica una rueda de paletas que gira en agua colocada en un recipiente aislado térmicamente y al que se acoplo un termómetro.como se muestra en la figura siguiente.(Libro Los conceptos de la física, evolución histórica. Alonso Sepulveda soto)

El trabajo realizado sobre la rueda(haciendo que un peso colocado adecuadamente mediante el uso de cuerdas y poleas produjese su movimiento) era comparado con la elevación de temperatura de una cantidad conocida del liquido.

De multiples experimentos pudo concluir que existe una relación definida entre el trabajo realizado y el calor generado. La relación numérica (conocida como equivalente mecanico de calor ) es la siguiente: 1 caloria=4.18 joules.

El calor es transferencia de energía debido a diferencias de temperatura. En este contexto se introduce la caloría:

Una caloría es el calor que se necesita transferir a un gramo de agua, para cambiar su temperatura de 14.5 a 15.5 grados Celsius.

Objetivo

El objetivo de la practica es que el alumno compruebe que realmente hay una relación directa entre la cantidad de trabajo ejercido sobre un sistema, y el calor ganado por este.

Verificar además que la relación de subir un grado un litro de agua es de 4182 J.

MODELO FISICO

Nuestro modelo consiste en un motor con agitador de paletas, que se monta sobre un vaso aislado de unicel, lleno de agua (1 litro).

METODOLOGIA EXPERIMENTAL

- Materiales e instrumentos

. Un vaso de unicel

. un motor de cd con agitador de paletas

. fuente de voltaje

.voltimetro

.Amperímetro

.termometro(termopar)

.cronometro

- Para la realización de esta practica se utilizaron los conocimientos de formulas fundamentales tales como que la potencia es directamente proporcional al voltaje multiplicado por la corriente(P=VI), y que 1W=1J/S

DESARROLLO DEL EXPERIMENTO

Se lleno el vaso térmico con un litro de agua a temperatura ambiente, después de esto se tapó, se hizo un orificio en la tapa por donde pasaría el agitador de paletas fijo al motor como se observa en la figura.

Se esperó un momento para que el sistema llegara a un estado de equilibrio térmico, una vez ocurrido, se conectó el motor a la fuente de voltaje y se encendió con un voltaje de 10 V. Se midió la corriente y el voltaje en el motor cuando estaba encendido, y las medidas fueron de 350 mA y 10 v respectivamente.

Se tomaron medidas de temperatura y corriente cada minuto durante 17 minutos, que fue el tiempo que tardo en el elevarse la temperatura del agua en el recipiente.

Los cálculos y los resultados se muestran a continuación: