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LABORATORIO DE FISICA C Msc. RICHARD PILOZO

OBJETIVOS Observar la conservación en una transformación de

energía eléctrica en energía térmica.

RESUMEN

En la práctica se demostró la equivalencia entre la energía eléctrica entregada a un sistema y la energía calórica en que se convierte. Se Pudo notar que no en un 100% se transfiere la energía debido a agentes. La energía eléctrica que obtuvimos es de 1612,8 J la energía térmica que obtuvimos fue de 1672 J lo que nos dio como porcentaje de error 3.67%

Introducción

La ley de la conservación de la energía exige que la energía se transforme de una forma a otra sin pérdida. Esto significa que un joule de energía potencial, cuando se convierte en electricidad, debe volverse un joule de energía eléctrica. Un joule de energía eléctrica, cuando se convierte en energía térmica, debe producir un joule de energía térmica. La potencia eléctrica es P=IV donde I es la corriente eléctrica en amperios, y V es la diferencia de potencial en voltios. La energía eléctrica es la potencia multiplicada por el tiempo, de modo que E=Pt=IVt, donde E es la energía en joules y t es el tiempo en segundos. La energía térmica en el agua puede escribirse como donde Q es la energía térmica en joules, m es la masa del agua, es el calor específico del agua y es el cambio de temperatura del agua.

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 las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos.

pág. 1 ENRIQUE ANCHUNDIA GUERRERO


El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto.

El calor latente, que no está relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.

Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en las mismas circunstancias. De esta forma, sólo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.



En el experimento, usted medirá la cantidad de energía eléctrica convertida en energía térmica mediante una bobina eléctrica calefactora sumergida en agua, como se muestra en la figura 1. Al mismo tiempo, medirá la cantidad de calor absorbido por una masa conocida de agua. El calorímetro, tiene un calor específico mínimo y no absorberá energía térmica. Sus resultados deben indicar que la energía térmica transferida al agua es igual a la energía eléctrica consumida en la bobina.Se denomina energía eléctrica a la forma de energía resultante de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos —cuando se les coloca en contacto por medio de sistemas físicos y químicos por la facilidad para trabajar con magnitudes escalares, en comparación con las magnitudes vectoriales como la velocidad o la posición. Por ejemplo, en mecánica, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial, que componen la energía mecánica, que en la mecánica newtoniana tiene la propiedad de conservarse, es decir, ser invariante en el tiempo.Matemáticamente, la conservación de la energía para un sistema es una consecuencia directa de que las ecuaciones de evolución de ese sistema sean independientes del instante de tiempo considerado, de acuerdo con el teorema de Noether.La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.



Se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico como consecuencia de la diferencia de potencial que un generador esté aplicando en sus extremos.Para minimizar el efecto de la pérdida de calor a la atmósfera, es mejor calentar el agua el mismo número de grados arriba de la temperatura ambiente que tenía por debajo de ésta antes de iniciar el calentamiento. De ese modo, si usted empieza con agua a y la temperatura ambiente es c, la temperatura final del agua debe ser c. En esta forma, cualquier calor ganado por los alrededores mientras las temperaturas son menores que la temperatura ambiente, es probable que se compense por una pérdida de calor igual cuando las temperaturas sean más altas que la temperatura ambiente.Se denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor. Puede ser obtenida de la naturaleza o del sol, mediante una reacción exotérmica, como la combustión de algún combustible; por una reacción nuclear de fisión o de fusión; mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto termoeléctrico; o por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o químicos. Asimismo, es posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en forma de energía térmica, como la energía geotérmica o la energía solar fotovoltaica.La obtención de energía térmica implica una subida de calor ya sea quimica o del sol . La combustión libera dióxido de carbono (CO2) y emisiones contaminantes. La tecnología actual en energía nuclear da lugar a residuos radiactivos que deben ser controlados. Además deben tenerse en cuenta la utilización de terreno de las plantas generadoras de energía y los riesgos de contaminación por accidentes en el uso de los materiales implicados, como los derrames de petróleo o de productos petroquímicos derivados.

Procedimiento experimental



Materiales usados

Cables de conexión Fuente regulable de voltaje DC Voltímetro Amperímetro Interruptor Bombillos Cables de conexión Calorímetro y Termómetro Balanza Cronómetro

1. Medir la masa del calorímetro y registrar el valor en el informe.

2. Anotar la temperatura ambiente en el informe.3. Llenar aproximadamente dos tercios del vaso con

agua.4. Medir la masa del vaso más el agua. Registre el valor

en el informe.5. Calcular la masa del agua y anotar ese valor en el

informe de esta práctica.6. Armar el circuito, como se muestra en la figura . Si

tiene una fuente de poder ajustable, el reóstato está integrado en ella, en vez de estar separado. Asegúrese de que la bobina se encuentra sumergida en el agua. En caso contrario, añada más agua y repita el paso anterior.

7. Después de que el profesor haya revisado el circuito, cierrar el interruptor. Ajustar el reóstato hasta que el flujo de corriente sea de 2 a 3 A. abra el interruptor de inmediato.



8. Agite el agua suavemente con el termómetro. Léala temperatura inicial del agua. Anote este valor en el informe. Prepárese para tomar el tiempo de sus lecturas. Cerrar el interruptor.

9. Cada minuto lea los valores en el amperímetro y en el voltímetro y regístrelos en su informe. De vez en cuando agite suavemente el agua y, si es necesario, ajuste el reóstato para mantener un flujo de corriente constante

10. Observe continuamente la temperatura del agua para determinar cuando alcanza los grados por encima de la temperatura ambiente que tenia por debajo de esta antes de iniciar el experimento.

11. Agite suavemente el agua hasta que adquiera una temperatura constante. Anote la temperatura final del agua en su informe

12. Determinar la corriente promedio y el voltaje promedio. Registrar estos valores en el informe.

RESULTADO

OBSERVACIONES Y DATOS:



A1) Observaciones al retirar uno de los bombillos.

Masa del calorímetroMasa del agua y el vasoMasa del agua 200 grTemperatura inicial del agua 24.00cTemperatura ambiente 25.00cTemperatura final del agua 26.00cCambio en la temperatura del agua

20c

Corriente promedio 1.6 AVoltaje promedio 4.1V

A2) Anote los valores de corriente y voltaje obtenidos durante la realización de este experimento.

Tiempo(min) Corriente(A) Voltaje(V)1 1.6 4.12 1.6 4.13 1.6 4.14 1.6 4.1

ANÁLISIS:

a)Determine la energía eléctrica consumida en la resistencia, empleando E=IVt

E=IVtE= (1.6)(4.18)(240)E=1612.8J



b)Determine el calor absorbido por el agua, utilizando Qw=mwcw∆T w, donde cw 4.18 J/g .0c

Q=mc∆TQ=(200)(4.8)(2)Q= 1672

c) Encuentre la diferencia relativa entre la energía eléctrica consumida y la energía térmica absorbida por el agua. Utilice la diferencia %=(E−Qw)(100%)/E.

%=(1612.8−1672 )

1612.8(100)=3.67

d)Tomando en cuenta el aparato que utilizó, señale por qué no se obtuvo una concordancia exacta en la pregunta anterior. Considere la bobina calefactora al dar su respuesta.

Debido al error de instrumento de medición.

e)¿La concordancia obtenida fue suficiente para indicar que, en condiciones ideales, usted hubiera encontrado una concordancia exacta en el intercambio de energía? Explique su respuesta.

Si porque en teoría debía de darnos lo mismo.

f) ¿Qué porcentaje de la energía eléctrica fue convertida en energía térmica en el agua?100% - 3.67%= 96.45%

g)Un bombillo eléctrico tiene una eficiencia cercana al 16%. ¿Cuántos juoles de energía térmica emite el bombillo cada segundo?Si un bombillo tiene una eficiencia del 16%, quiere decir que éste solo entrega un 16% de la potencia que recibe, es así que si recibe una potencia de 100 watts, el bombillo estará en



Capacidad de entregar tan sólo 16 watts. Durante esta práctica se observó cómo se transformaba energía eléctrica en energía térmica, según la ley de la energía toda esa energía eléctrica debería transformarse en energía térmica, lo cual no se cumplió en esta práctica ya que había una determinada cantidad de energía que se disipaba en el ambiente porque el sistema no se encontraba en condiciones ideales, es decir, aislado completamente.

h)Una bobina calefactora de inmersión se emplea para hervir 90.0 ml de agua de una taza de té. Si el valor nominal de la bobina de inmersión es de 200 W, encuentre el tiempo necesario para llevar esta cantidad de agua, inicialmente a 210c, hasta el punto de ebullición.

E = Q

(90)*(4.18)* (100 – 21) = 29719.8 J

P= Et

t=EP

t=29719 .8200

t = 148.59 seg



DISCUSIÓN

En práctica tuvimos que realizar varias pruebas ya que el porcentaje de error era demasiado alto, que creemos era debido a la cantidad de agua que habíamos tomado. Una vez que obtuvimos la cantidad necesaria de agua procedimos a realizar. Error porcentual 3.67% entre la energía eléctrica consumida y la energía térmica absorbida por el agua, lo que nos quiere decir cumplimos al estar dentro del error tolerable del 10% dicho por el profesor, un error relativamente alto debido al uso de los instrumentos de la práctica.Además obtuvimos que el 96.45 % de energía eléctrica fue convertida en energía térmica, el restante 3.67% fue convertido en energía cinética, con ello cumplimos el principio de la conservación de la energía, y dicha energía no fue desperdiciada.

CONCLUSIONES



No hay rendimiento del 100%

El instrumento de medición tiene error el error humano

Teóricamente debe darnos lo mismo pero experimentalmente nos dio distinto debido a los errores.

REFERENCIA

- Microsoft ® Encarta ® 2009.- Física Universitaria de Sears Zemansky 12va edición - Guía de laboratorio de física C revisión III, Espol ICF- http://es.wikipedia.org/wiki/

- http://www.fisicarecreativa.com
