Efecto joule

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EXPERIMENTACIÓN FÍSICA ll

EFECTO JOULE
Santiago de Cali, Abril 2010

1 TAREA DE PREPARACION

1. ¿Cuál es la expresión para la potencia disipada por una resistencia R por donde circula una corriente I?
R:// La expresión para la potencia en una resistencia de valor R por donde circula una corriente I es la siguiente:

P = VI V = IR P = I²R

2. Por unaresistencia R circula una corriente de 3,25 amperes y la caída de potencial entre sus extremos es de 5,76 volts. ¿Cuál es el valor de R? ¿Cuál es la potencia [W] que disipa?
R:// El valor de una resistencia R, por la que circula una corriente de 3,25 amperes y la caída de potencial en sus extremos es de 5,76 volts se calcula de la siguiente manera:

Conocemos que:
V = IR, o seaR = V/I
Entonces R = 5,76 / 3,25 = 1.77Ω
La potencia que disipa dicha resistencia es:
P = VI Entonces P = 5,76 x 3,25 = 18,72 watts

3. Si sumergimos en agua la resistencia de la pregunta 2, Cuánta energía cede ella al agua en 350 segundos? Exprese su respuesta en Joules (J) y en calorías(Cal).
R:// La cantidad de energía que cede la resistenciaanteriormente mencionada al agua en 350 segundos se calcula como sigue:

P = ΔE / t ΔE = Pt ΔE = 18,72(J/s) x 350s ΔE = 6552 J

6552 J x 1 Caloría / 4,18 J 6552 Joules = 1567,46 Calorías

4. Dos resistencia de 2Ω son colocadas en serie y en paralelo a través de una batería de 10V. ¿Cuál es la potencia disipada en cada caso?

R:// Para las resistencias enserie, la resistencia equivalente es igual:

Req= 2Ω + 2Ω = 4Ω
Entonces necesitamos la corriente: I = V / Req = 10V / 4Ω = 2,5A

La corriente que pasa por ambas resistencia es la misma en cada una de las resistencias entonces la potencia que disipa cada resistencia se calcula como sigue:

P = I² R => (2,5)² x 2Ω = 12,5 W y la potencia disipada por ambas P=(2,5) ² x 4Ω =25W

Para las resistencias colocadas en paralelo:
Como el voltaje aplicado a las resistencias en paralelo es el mismo para ambas entonces se procede como sigue:

P = V x I I = V / R P = V² / R P = (10 V)² / 2Ω = 50W

Para ambas resistencias tenemos que la resistencia equivalente es 1Ω por lo tanto la potencia es 100W.

5. Si la resistencia del problema 2 se coloca en uncalorímetro de aluminio (Calor específico del aluminio = 0,22cal/gºC) de masa 60g, con 200 gramos de agua a 24ºC. (Desprecie el calor específico de la resistencia). ¿Cuál es la temperatura del sistema 500 segundos más tarde, suponiendo que toda la energía eléctrica se convierte en calor en el agua y en el calorímetro?
R:// Primero pasamos el calor especifico de los materiales a unidades de J/Kg K,para esto procedemos como sigue:

Para el agua 1 Cal/g ºC x (1000g / 1Kg) x (4,18 J/1Cal) = 4180 J/Kg K
Para el aluminio 0,22 Cal/g ºC x (1000g / 1Kg) x (4,18 J/1Cal) = 920 J/Kg K

Como:
Pt = (m_agua x c_agua + m_cal x c_cal) x ΔT
ΔT = Pt / (m_agua x c_agua + m_cal x c_cal)
ΔT = 18,72 (J / s) x 500s / ((0,2Kg x 4180 (J/Kg K)) + (0,06 Kg x 920(J/Kg K)))ΔT = 10,5ºC ΔT = Tf – Ti Tf = ΔT + Ti = 10,5 ºC + 24 ºC = 34,5ºC

La temperatura final del sistema será entonces 34.5ºC

RESUMEN:

El laboratorio del estudio del “efecto joule” consistió principalmente en el ejercicio de la transformación de energía, en este caso la transformación de la energía eléctrica a la energía térmica, relacionando varios datos como la corriente, elvoltaje, la temperatura e intervalos de tiempo para poder percibir dicho fenómeno, el cual se presenta al hacer pasar una corriente eléctrica a partir de una determinada diferencia de potencial que nos estaba generando la fuente regulada; esta corriente circula a través de una resistencia eléctrica que se encontraba sumergida en una cierta cantidad de agua, en un calorímetro produciendo la...
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