Efecto Joule

EFECTO JOULE.
Experimentación física II
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Resumen
En el laboratorio se tuvo como principal objetivo estudiar la ley de Joule y su efecto mediante tres pruebas midiendo diferentes temperaturas de distintos volúmenes de agua. Para tal efecto se procedió a llenar un recipiente de agua y luego se introdujo una resistencia, por la quecircula una corriente, para posteriormente tomar la temperatura de dicha cantidad de agua. Este procedimiento se realizó para 3 masas de agua. De cada procedimiento experimental se tomo la temperatura del agua, voltaje en la resistencia, corriente que circula en el circuito y el tiempo empleado para que la temperatura cambie de un valor a otro. Es importante mencionar que el recipiente que contiene elagua está aislado del ambiente para que las mediciones resulten más precisas. De los valores experimentales de la energía transferida al sistema y su relación con las masas de agua empleada se obtuvo la siguiente ecuación: MC = 1 magua - 10,362

Introducción
El efecto Joule se describe como la transferencia de energía de un sistema al ambiente, en nuestro caso para comprobar este fenómenomontamos un circuito compuesto por una resistencia y una fuente de voltaje y posteriormente sumergimos la resistencia en un recipiente con agua. Dicha resistencia consume una potencia que se disipa en forma de calor y esta transferencia de calor, desde la resistencia hacia el agua, es lo que se conoce como el efecto Joule.
El principio de conservación de energía se expresa en la ecuación (1):(1)

La anterior ecuación se puede modificar de la siguiente forma:

(2)

La ecuación (2) se grafica y dicha gráfica representa el cambio de temperatura vs. tiempo (gráficas 4,5 y 6). Las pendientes de dichas graficas son igual a:

(3)

Mediante el empleo de mínimos cuadrados, pudimos obtener el valor de la pendiente para cada uno de los tres procesos.
Luego, de la ecuación (3)se puede destacar:

(4)

Si vemos la ecuación (4) como una función dependiente de P y A, podemos calcular su incertidumbre:

(5)
Para comprobar experimentalmente este efecto, debemos considerar ciertas condiciones especificas del sistema como que el sistema agua + calorímetro + resistencia debe estar totalmente aislado, por esto se introduce el recipiente con agua dentro de otrorecipiente más grande.

Procedimiento

Se procedió inicialmente a montar un circuito serie con una resistencia calefactora (sumergida en agua) y un reóstato. A continuación se pesó la cantidad de agua que contenía el vaso calorímetro, procurando que inicialmente portara 200g de agua. Luego, se activó el circuito y el cronómetro simultáneamente, midiendo la temperatura inicial del agua.Posteriormente, con el cronómetro en marcha se tomaban los valores de voltaje y corriente del elemento y la temperatura cada minuto, hasta alcanzar una temperatura mayor a la inicial. Dichos datos se llevaron a la tabla correspondiente. El experimento se repetiría para tres cantidades de agua diferentes entre sí.

Análisis de resultados

Tabla 1. Datos constantes
Masa calorímetro | 47,1 gr |Ccalorímetro | 0.22 cal/g °C |
CAgua | 1 cal/g °C |

El valor experimental de la energía transferida al sistema mc es:
MC = M agua* Cagua + M cal * C cal

Tabla 2. Datos prueba 1.

Masa agua | 200 gr |   |   |
t (min) | Temperatura [°C] | V[V] | I [A] |
0 | 28,5 | 0 | 0 |
1 | 28,5 | 0,43 | 0,11 |
2 | 29 | 0,69 | 0,19 |
3 | 29 | 1,05 | 0,29 |
4 | 29,5 | 1,41 | 0,39 |
5 |29,5 | 1,76 | 0,49 |
6 | 29,5 | 2,25 | 0,61 |
7 | 30 | 2,62 | 0,73 |
8 | 30 | 3,09 | 0,86 |
9 | 30,5 | 3,5 | 0,98 |
10 | 31 | 4,11 | 1,15 |
11 | 32 | 5,02 | 1,41 |
12 | 33 | 5,69 | 1,62 |
13 | 34 | 6,58 | 1,85 |
14 | 35 | 7,11 | 2,01 |

Figura 1. Temperatura vs tiempo prueba 1.

Para la prueba 1 el valor de la energía transferida al sistema mc es:

MC: (200 gr) (1 cal/g...