PRACTICA Equivalente mecánico del calor

Oscar Nieto – Diego Vargas

3/marzo/2015

RESUMEN

Se va realizar un experimento para observar los efectos térmicos en un cilindro de aluminio en rotación cuando se desliza una cuerda, por otro lado se realizara la relación entre trabajo mecánico y calor (experimento Joule), se podrá evidenciar la fuerza de fricción ejercida sobre el cilindro y el calor recibido sobre el cilindro. El trabajo mecánico va a depender de la tensión cuando la cuerda entra en contacto con el cilindro, del número de vueltas que hace el cilindro, la tensión entre el segmento A y B tendrá un equilibrio, la tensión en el segmento B se puede despreciar al dar tres o cuatro vueltas alrededor del cilindro. Por medio de la capacidad térmica y el cambio de temperatura va a permitir determinar el calor transferido al cilindro.

Para poder medir la temperatura se debe colocar una gota de agua (mejorar contacto térmico) por el orificio del cilindro, posteriormente se introduce el termómetro para tomar la lectura. Para iniciar se enrolla la cuerda alrededor del cilindro y colgar un peso mayor o igual a 2 kg, se mide la temperatura inicial del cilindro. Se inicia a girar la cuerda, deslizándose, teniendo en cuenta la tensión del segmento B, si la cuerda se enrolla cuando se gira entonces se debe disminuir.

Se va a determinar la masa del cilindro sin desmontarlo, usar el cilindro idéntico disponible. A cada temperatura medida restar la temperatura inicial, obteniendo los ∆T. Con estos datos y el calor específico del aluminio, calculamos la cantidad total de calor Q absorbido por el cilindro a las diferentes temperaturas registradas. Medir el diámetro del cilindro, y usando la masa total de las pesas empleadas, calcular el trabajo mecánico hecho sobre el cilindro para los diferentes números totales de vueltas en los que se giró la manivela. Poner todo en una tabla con cuatro columnas: número total de vueltas N, temperatura T, trabajo mecánico W, y calor Q.

OBJETIVOS ⋇ Investigar la relación entre calor y trabajo mecánico. ⋇ Estimar el factor de conversión entre julios y calorías

APLICACIONES

Se utilizan para el alumbrado lámparas y bombillas.

Muchas aplicaciones prácticas del efecto Joule interviene en la construcción de los aparatos electrodomésticos, tales como las planchas, hervidores, hornos y calentadores

El efecto Joule permite el funcionamiento de aparatos industriales, como aparatos de soldadura, hornos eléctricos para la fundición y metalurgia.

HIPOTESIS

El equivalente mecánico de calor medido en el laboratorio virtual es una manera fácil de explicar el cambio de temperatura que causan una cantidad masa de cualquier material en un líquido, además de poner en práctica el principio de joule el cual dice que el aumento de temperatura es directamente proporcional a la cantidad de trabajo realizado

y si suponemos de que Q=W entonces la temperatura aumenta a medida de que el calor de transferencia aumenta.

MARCO TEORICO

*Cálculo del Trabajo ( W )

El torque τ ocasionado por la fricción de la cuerda es fácilmente calculable:

τ = M g R

M: masa colgada

g: aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2

R: radio del cilindro El ángulo θ girado por el cilindro en una vuelta es 2π. El trabajo total desarrollado en N vueltas es:

W = τ θ = M g R 2 π N

N: número de vueltas girados por la manivela

*Cálculo del calor transferido (Q)

El calor producido por fricción contra el cilindro de aluminio es determinado por el cambio de temperatura registrado, como:

Q = m c ( tf - ti)

m: masa del cilindro de aluminio

c: calor especifico del aluminio = 0,220 cal / g ºC

tf: temperatura final del cilindro

ti: temperatura inicial del cilindro

*Calculo de J ⇒ Equivalente mecánico del calor

J es la relación entre el trabajo realizado y el calor producido:

J = W/Q

CalorEl calor es el proceso de transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia). La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado.La energía que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

BibliografíaDOUGLAS. (2006). Física: principios con aplicaciones.

miguel29091. (15 de mayo de 2013). blogspot. Obtenido de http://teoriaelectromagneticaleydejoule.blogspot.com/

http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/EQUIVALENTE_MECANICO_DEL_CALOR.pdf

http://users.df.uba.ar/ariel/materias/F2ByG_2007/labo_files/8eqeleccalor.pdf

http://www.buenastareas.com/ensayos/Experimento-De-Joule-Equivalente-Mec%C3%A1nico-Del/1742514.html