.
EQUIVALENTE ELÉCTRICO DE CALOR DEPARTAMENTO DE INGENIERIAS
RESUMEN Equivalente Eléctrico de Calor:
El principio principio de conservación conservación de la energía energía nos dice que si una dada cantidad cantidad de energía de algún tipo se transform transforma a completamente en calor, la variación de la energía térmica resultante debe ser equivalente a la cantidad de energía entregada. En este experimento buscamos demostrar la equivalencia entre la energía entregada a un sistema y el calor en que se convierte. Si la energía se mide en Joules y el calor en calorías, nos proponemos también encontrar la equivalencia entre estas unidades. la relación cuantitativa entre Joules y calorías la llamaremos equivalente eléctrico !o mec"ni mec"nico# co# del calor calor,, y la denomi denominar naremo emos s Je. $ecordam $ecordamos os que Joule Joule es la unidad unidad de energí energía a del Sistem Sistema a %nternaci %nternacional onal de unidades& ' J ( ' )*m+ y una caloría caloría es la cantidad cantidad de calor que ay que suministrar suministrar a un gramo de agua para elevarle la temperatura ' - !desde '/.0 - asta '0.0 -#.
PALABRAS PALABRAS CLAVE: CLAVE: Equivalente, Equivalente Eléctrico de Calor, Joules, calorías, mecnico.
Esta sta "rc "rcti tica ca est est dise dise6a 6ada da "ara ara estu estudi diar ar la trans& trans&orm ormaci aci+n +n de ener$í ener$ía a eléctr eléctrica ica en calor, calor, cu%a cu%a mani&estaci+n inmediata va a ser la elevaci+n de la tem"er tem"eratu atura ra de una masa de a$ua a$ua conten contenida ida en el calorímetro. La ener$ía eléctrica en la resistencia "or la que circula una intensidad 7 % en cu%os e!tremos e!iste una d.d.". V, en el tiem"o t , es:
1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN El e!"erimento reali#ado "or Joule tiene un anlo$o mu% interesante en &ísica, donde la di&erencia de tem"eratura entre dos estados del sistema no es $enerada "or un tra'a(o mecnico, si no eléctrico. La &uer#a disi"a una cant cantid idad ad de ener ener$í $ía a )de' )de'id ida a a una una di&e di&ere renci ncia a de "ote "otenc ncia ial* l* "or "or unid unidad ad de tiem tiem"o "o % esta esta ener ener$í $ía a es a'sor'ida a'sor'ida "or el &luido que circunda circunda la &uente &uente mediante tres mecanismos: conducci+n entre la inter&a# &uente &luido, convecci+n entre laminas de &luido % radiaci+n. -es"ués -es"ués de un tiem"o, tiem"o, se o'serva o'serva un aumento aumento de la tem"er tem"eratu atura ra del medio medio % se esta'l esta'lece ece que tra'a( tra'a(o, o, ener$ía % calor, son cantidades de la misma naturale#a. as im"ortan im"ortante te aun: aun: la ener$í ener$ía a total total del sistema sistema se conserva, inde"endiente de las interacciones que dan lu$ar a las trans&ormaciones de ener$ía.
w ( Julios )=VIt Esta ener$ía suministrada se disi"a en &orma de calor 1, a'sor a'sor'i 'ido do "or "or el a$ua a$ua % el calo calorí ríme metr tro o com" com"le leto to.. Su"oni Su"oniend endo o des"re des"recia cia'le 'less las "érdid "érdidas as a través través del calorímetro se veri&ica
w ( Julios )= J ( Q ( calrias ) ) Q ( calorias ) =( M agua c agua + K calorimetro ) ∆ T
2. MA MARC RCO O TEÓR TEÓRIC ICO O
-onde a$ua es la masa de a$ua en el calorímetro8 c a$ua es el calor es"ecí&ico del a$ua8 9 calorímetro es el equivalente en a$ua del calorímetro calorímetro % ; la variaci+n de tem"eratura e!"erimentada "or el a$ua % el calorímetro % t es el tiem"o de calentamiento.
La ener$ía se "uede "resentar de di&erentes &ormas, ciné cinéti tica ca,, eléc eléctr tric ica, a, calo calorí rí&i &ica ca,, etc. etc.,, que que "ued "ueden en trans&ormarse unas en otras. La com"ro'aci+n de que el calo calorr es una una &orm &orma a de ener ener$í $ía a se /i#o /i#o medi median ante te e!"erimentos que se 'asa'an en trans&ormar ener$ía mecnica en calor. -e a/í que la ra#+n entre la ener$ía 0 que se tran trans& s&or orma ma en calo calorr 1, 021 3 J se le denomine equivalente mecnico del calor. Cual Cualqu quie ierr &orm &orma a de ener ener$í $ía a es susc susce" e"titi'l 'le e de ser ser trans&ormada en ener$ía calorí&ica, así que se "odría /a'lar /a'lar del 4equiv 4equivale alente nte eléctr eléctrico ico55 del calor calor etc., etc., "ero "ero tradicionalmente se /a mantenido el nom're inicial.
El equivalente J viene dado "or:
J =
1
VIt Julio ( ) ( M agua cagua + K calorimetro ) ∆ T Caloria
.
MONTAJE EXPERIMENTAL <. ida ida la mas masa a del calo calorí ríme metr tro o vacio vacio con con su ta"a mcal .
Nota: No pe!"ta #$e e%to% &a'oe% %e %$pe %$pee e( ( e( e' )") )")$" $"to to** p$e% p$e% p$e+ p$e+ee +a,a +a,a pe!a( pe!a(e(t e(te!e e!e(te (te o a)ota a)ota 'a &"+a -t"' +e 'a o!"''a. S" o%e&a #$e 'a /$e(te (o p$e+e %e e0$'a+a* p"+a a%"%te()"a paa )o(e)ta $( )")$"to )o(e)to +e )o"e(te.
=. Vier Vierta ta a$ua a$ua en el calo calorí ríme metr tro o de tal &orm &orma a que que la resi resist ste encia ncia qued quede e cu'i cu'ie erta rta com"letamente.
>. Re$i Re$ist stre re la masa masa del del calo calorí ríme metr tro o con con el a$ua % su res"etiva ta"a m cal+agua agua . ?.
7ntrod 7ntrodu#c u#ca a la termo termocu" cu"la la en el el calorí calorímet metro, ro, ase$urndose ase$urndose que el sensor siem"re siem"re este en contacto con el a$ua.
.
Re$ist Re$istre re los los valore valoress de volta volta(e (e V % corr corrien iente te 7 con el multimetro. multimetro. a$a un re$istro de la tem" tem"er erat atur ura a del del a$ua a$ua en &unc &unci+ i+n n del del tiem"o.
.
A$ite suavemente el a$ua con el me#clador me#clador /asta o'servar o'servar un incremento incremento en la tem"eratura de =Dc, a"a$ue la &uente % si$a removiendo /asta cuando o'serve que la tem"eratura se /a esta'ili#ado % deten$a el cronometro.
. ;ome nota nota de los los valo valore ress de tiem" tiem"o o t % di&erencia de tem"eratura ; o'servada en a$ua. F. @.
Conect Conecte e el sistem sistema a como como se ve ve en la &i$u &i$ura ra % encienda la &uente -C con un volta(e m!imo m!imo <=v % una una corriente corriente m!ima m!ima de >A.
Re"ita Re"ita dos dos veces veces el el "roced "rocedimi imient ento o anteri anterior. or.
2
.
distin distintos tos circui circuitos tos del a"arat a"arato o electr electr+ni +nico co al que se conecta )ordenador, televisi+n, im"resora, router, etc.*.
Mate"a'e%: Ca'o!et Ca'o !eto% o% +e ")opo ")opo )o( %$% tapa%: tapa%: El calorímetro es un instrumento que sirve "ara medir las cantidades de calor suministradas o reci'i reci'idas das "or los cuer"o cuer"os. s. Así Así mismo mismo es un dis"ositivo usado "ara la calorimetría que es la cien cienci cia a de medi medirr el calo calorr de reac reacci cion ones es químicas químicas o cam'ios cam'ios &ísicos &ísicos como la ca"acidad de calor.
Te!4!e Te!4!eto: to: Los term+metro term+metross di$itales di$itales son aquellos aquellos que, valiéndose valiéndose de dis"ositiv dis"ositivos os transductor transductores, es, utili#an utili#an lue$o circuitos electr+nicos "ara convertir en nHmeros las las "equ "eque6 e6as as vari variac acio ione ness de tens tensi+ i+n n o'te o'teni nida das, s, mostrando &inalmente la tem"eratura en un visuali#ador.
a% a%)o )o p'3% p'3%t") t")o: o: reci"ie reci"iente nte "ara el a$ua a$ua donde donde se coloca la 'om'illa.
Ca'e% a(a(a 5 a(a(a: Se utili#a $eneralmente "ara conectar la &uente de alimentaci+n a un circuito eléctrico. Est &or &ormado "or un ca'le de co' co're con con un revestimiento "lstico % "or dos conectores 'ananas en sus e!tremo. e!tremo. Se "uede "uede alar$ar la la lon$itud lon$itud del ca'le ca'le insertado el conector 'anana de un ca'le en el ori&icio del conector 'anana de otro ca'le.
La!p La!pa aa: a: Cone!i Cone!i+n +n de 'om'il 'om'illa la que se utili# utili#a a "ara "ara reali#ar el e!"erimento. M$'t!eto: In multímetro, a veces tam'ién denomi denominad nado o "olímet "olímetro ro o tester tester,, es un instru instrumen mento to electr+nico de medida que com'ina varias &unciones en una una sola sola unid unidad ad.. Las Las ms ms comu comune ness son son las las de voltímetro, am"erímetro % +/metro.
$e(te $e(te DC e0$'a e0$'a'e 'e:: En electr+nica, una &uente de alimentaci+n es un dis"ositivo que convierte la tensi+n alte altern rna a de la red red de sumi sumini nist stro ro,, en una una o vari varias as tensiones, "rcticamente continuas, que alimentan los
3
.
8. AN9LIS AN9LISIS IS RESUL RESULT TADOS Los si$uientes resultados &ueron o'tenidos con 'ase a la "rctica de la'oratorio 'asada en el equivalente eléctrico de calo calor, r, los los dato datoss o'te o'teni nido doss se mane mane(a (an n con con un mar$ mar$en en de erro errorr míni mínimo mo de'i de'ido do a las las dist distin inta tass mediciones que se reali#aron en cada toma de datos, en dond donde e se toma toma la a"ro a"ro!i !ima maci ci+n +n ms ms cerc cercan ana a en "romedio de mediciones.
Te! Te!o) o)$p $p'a 'a%: %: Las Las term termoc ocu" u"la lass son son el sens sensor or de tem"eratura ms comHn utili#ado industrialmente. Ina termocu"las se /ace con dos alam'res de distinto material unidos en un e!tremo )soldados $eneralmente*. Al a"licar tem"eratura en la uni+n de los metales se $enera un volta(e mu% "eque6o )e&ecto See'ec* del orde orden n de los miliv ilivol oltts el cual cual aume aument nta a con con la tem"eratura.
A continuaci+n continuaci+n la a"licaci+n de &+rmulas "ara o'tener o'tener los resultados numéricos % estadísticos del e!"erimento.
6a'a(7 6a' a(7aa D"0"ta D"0"ta': ': A"arato creado arti&icialmente "or el /om're /om're "ara "ara calcul calcular ar el "eso "eso de un elemen elemento. to. Este "rocedimiento se reali#a a "artir de que se coloca tal elemento u o'(eto a "esar en una su"er&icie % la misma calcula, a través de di&erentes di&erentes métodos, métodos, su "eso de manera casi instantnea.
;. CONC CONCLU LUSI SION ONES ES •
Co(4!eto: Relo( Co(4!eto: Relo( de $ran "recisi+n que "ermite medir intervalos de tiem"o mu% "eque6os, /asta &racciones de se$undo. 4
El calor es ener$ía que es trans&erida desde un cuer cuer"o "o a otro otro de'i de'ido do a su di&e di&ere renc ncia ia de tem"eratura.
.
•
•
K< Mísica e!"erimental: Mluidos % ;ermodinmica )Autor: Lu# Nn$ela Oarcía Pe6alo#a* -e"artamento de ciencias 'sicas8 Mundaci+n Iniversitaria los Li'ertadores.
El calor no es una sustancia, ni una &orma de ener$ía, sino ms 'ien como una &orma de trans&erencia de ener$ía. Se necesita trans&ormar una $ran cantidad de ener$ía en calor "ara elevar a"recia'lemente la tem"eratura de un volumen "eque6o de a$ua.
/tt"s:22es.ii"edia.or$2ii2CalorQes"ecC>A/tt"s:22es.ii"edia.or$2ii2 CalorQes"ecC>A-&ico &ico /tt":22.mono$ra&ias /tt":22 .mono$ra&ias.com2tra'a(os> .com2tra'a(os>@2calores"eci&ico2 @2calores"eci&ico2calor calor es"eci&ico.s/tml /tt":22es.slides/are.net2ronoroca2in&ormecalor /tt":22es.slides/are.net2ronoroc a2in&ormecalores"ec&ico es"ec&ico /tt":22.ual.es2mnavarro2Practica<."d&
<. REE REERE REN NCIA CIAS
5