Calor trabajo

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EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO
Objetivo
Introducir el tema de energía y ver las interrelaciones de sus diversas formas de manifestación.
Problema
Al introducir una resistencia eléctrica a un recipiente con agua por un determinado tiempo, la temperatura del agua aumenta. Por cada caloría que absorbe el agua ¿cuántos joules cede el dispositivo eléctrico?
Procedimiento experimental
PRIMERA PARTE:Determinación de la capacidad térmica del calorímetro.
1. Colocar en un frasco Dewar 100 mL de agua fría (a temperatura ambiente).
2. Registrar la temperatura del agua cada 30 segundos durante 5 minutos (para que alcance el equilibrio térmico con el calorímetro).
3. Por otro lado, colocar en el vaso de precipitados de 600 mL, aproximadamente 400 mL de agua y calentar a ebullición con laresistencia eléctrica.
4. Transferir a una probeta 100 mL del agua que está hirviendo, registrar su temperatura (en la probeta) y añadirla al frasco Dewar al minuto 5.
5. Agitar la mezcla y continuar registrando la temperatura cada 30 segundos durante 5 minutos más.
Manejo de datos
Masa del agua fria (mf) = 100 g
Masa del agua caliente (mc) = 100 g
Capacidad térmica específica o calor específicodel agua (cagua) = 1 cal/g °C
Temperatura del agua fria (θf ) = 20.8 °C
Temperatura del agua caliente (θc ) = 85°C

Datos Experimentales |
Tiempo (min) | θinicial (ºC) | Tiempo (seg) | θinicial (ºC) |
0,5 | 20,8 | 5,15 | 47,2 |
1 | 20,8 | 5,30 | 47,2 |
1,5 | 20,8 | 5,45 | 47,1 |
2 | 20,8 | 6 | 47,0 |
2,5 | 20,8 | 6,15 | 46,9 |
3 | 20,8 | 6,30 | 46,8 |
3,5 | 20,8 | 6,45 | 46,7 |4 | 20,8 | 7 | 46,7 |
4,5 | 20,8 | 7,15 | 46,6 |
5 | 20,8 | 7,30 | 46,5 |

Hoja de cálculo |
θeq | K dewar |
48,1 °C | 35,16 cal/°C |

CÁLCULOS
QAC= mAC CespH2O ΔTAC= (100g)(1cal/g°C)(-36,9 °C)= -3690 cal
ΔTAC = Teq – Tebull.= 48,1°C – 85°C = -36,9 °C

QAF= mAF CespH2O ΔTAF= (100g)(1 cal/g°C)(27,3 °C)= 2730 cal
ΔTAF = Teq – Tebull.= 48,1°C- 20,8°C= 27,3°C

K= QK =- (QAC+ QAF) = - (-3690 cal+2730 cal) = 960 cal = 35,16 cal/°C . ΔTK ΔTAF 27.3°C 27.3 °C

SEGUNDA PARTE: Determinación delequivalente calor-trabajo.
1. Colocar 300 mL de agua en el Dewar.
2. Medir y registrar la resistencia del dispositivo eléctrico y el voltaje.
3. Introducir el agua al dispositivo sin encender así como el termometro a través del tapón de hule, tapando bien el Dewar.
4. Registrar la temperatura inicial.
5. Conectar el dispositivo eléctrico y mantenerlo así durante un intervalo de tiempo entre 10 y100 s. (refrescar cuando la temperatura del agua se incremente hasta 50oC)
6. Transcurrido el tiempo, desconectar el dispositivo y agitar suavemente el sistema.
7. Registrar el tiempo que estuvo encendido y la temperatura final.
8. Repetir el experimento 15 veces con otros tiempos.

Manejo de datos
Voltaje = 129.4 volts
Resistencia = 32.1 ohm
Datos experimentales
Tiempo (s) | T inicial |T final |
10 | 20.7°C | 20.7 °C |
15 | 20.7°C | 22°C |
20 | 20.7°C | 25.8°C |
25 | 20.7°C | 28.8°C |
30 | 20.7°C | 30.6°C |
35 | 20.7°C | 32.5°C |
40 | 20.7°C | 34.6°C |
45 | 20.7°C | 36.6°C |
50 | 20.7°C | 38.5°C |
55 | 20.7°C | 41°C |
60 | 20.7°C | 44.3°C |
65 | 20.7°C | 45.9°C |
70 | 20.7°C | 47.8°C |
75 | 20.7°C | 50.1°C |
80 | 20.7°C | 51.8°C |
85 | 20.7°C |54.2°C |
90 | 20.7°C | 56.1°C |
95 | 20.7°C | 58.9°C |
100 | 20.7°C | 61.4°C |

Hoja de cálculos

Tiempo (s) | ∆θ (°C) | Trabajo eléctrico W elect (J) | Calor absorbido Q abs. (cal) | Equivalencia calor-trabajo
W/Q (J/cal) |
10 | 0 °C | 5366.78 J | 0 cal | 0 J/cal |
15 | 1.3°C | 8050.17 J | 435.708 cal | 18.476 J/cal |
20 | 5.1°C | 10733.56 J | 1709.316 cal | 6.279 J/cal...
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