Efecto joule

EFECTO JOULE

RESUMEN

En esta práctica de laboratorio estudiamos la Ley de Joule, que consiste en que, la energía eléctrica se transforma en calor(resistencia). En el efecto Joule, se comprobó el hecho de que un conductor se calienta al ser recorrido por una corriente eléctrica, aquí se aplica la conservación de energía en forma de corriente eléctrica a calor. Para esto, se tuvieron encuenta la masa del agua (tres masas diferentes), la masa del calorímetro (47,7g), el calor específico del agua (1cal/gm-°C), el calor del calorímetro (0.22 cal/gm-°C); y la variación en la temperatura. Las gráficas presentadas en el informe, relacionan la temperatura contra el tiempo, y es como se observa que llevan una función creciente, entre más tiempo mayor es la disipación de temperatura en elagua.


INTRODUCCIÓN

El efecto Joule, fue descubierto por el científico James Prescott Joule (1818-1889), físico británico, nacido en SalFord (Lancashire). Uno de los más notables físicos de su época, es conocido sobre todo por su investigación en electricidad y termodinámica.

En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, formuló laley actualmente conocida como ley de Joule que establece que la cantidad de calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica cada segundo, es proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente. Joule verificó experimentalmente la ley de la conservación de energía en su estudio de la conversión de energía mecánica en energía térmica.Teniendo en cuenta que el número de cargas que entran al resistor es el mismo que sale, por conservación de la carga, podemos decir que el calentamiento se debe a la pérdida de energía que cada carga sufre al pasar por el resistor. Para medir esta energía podemos utilizar un calorímetro con agua el cual se supone aislado térmicamente.
Tenemos que P=VI (Ley de Joule), donde P =W / t, es la razón decambio de energía eléctrica en calor, en el resistor. La energía eléctrica cedida en el tiempo t es:

W= Pdt=VIt (1)

Por conservación de la energía tenemos que:

W=VIt=Q (2)

Q=ma Ca+ mcCc ΔT(3)

(Balance térmico), donde:

ma = masa del agua.
Ca= calor específico del agua.
mc = masa del calorímetro.
Cc = calor específico del calorímetro.
ΔT= cambio en la temperatura.Entonces el fenómeno por el cual la energía eléctrica se transforma en calorífica, es el efecto Joule. [1]

La cantidad de calor producida por una corriente eléctrica es:

Proporcional a la duración del paso de la corriente.
Directamente proporcional al cuadrado de la intensidad.
Directamente proporcional al valor de la resistencia.

PROCEDIMIENTO

El estudio cuantitativo delefecto Joule se llevó a cabo con el empleo de un calorímetroFig1que contenía una cierta cantidad de agua y dentro de la cual se colocó una resistencia y una termocupla Fig2.

Fig1Montaje del Calorímetro.

Para pesar el calorímetro con el agua incluida usamos una balanza de tres brazos que presentamos en la Fig3 y una Fuente de Potencial Fig4.

Fig2 Termocupla.

En primer lugar, pesamos elvaso calorimétrico vacío y luego lo volvimos a pesar con una cantidad de agua. Con estos datos se obtuvo el valor de la masa del agua dentro del vaso calorimétrico.

Fig3Balanza de Tres Brazos.

Fig4 Fuente de Potencial

Después montamos el siguiente circuito colocando la resistencia calefactora dentro del agua y el vaso calorimétrico dentro de un vaso externo como se observa en la Fig5.Fig5. Circuito Eléctrico para el Experimento.

Ajustamos la fuente con una intensidad de corriente de (cantidad) y el reóstato de tal forma que la caída de potencial en la resistencia calefactora fuera de (cantidad) aproximadamente.

Apagamos la fuente y medimos la temperatura inicial del agua introduciendo el sensor de temperatura. Cerramos el interruptor y se empezó a anotar los...