Equivalenta Mecanico Del Calor

Equivalente Mecánico de Calor

1. Objetivos

* Determinar experimentalmente el valor que se corresponde al “Equivalente mecánico del calor”.

2. Fundamento teórico

Como es calor es una forma de energía, cualquier unida de energía puede ser una unidad de calor. Fue Joule el primero en cuantificar el equivalente de energía mecánica en energía calorífica, es decir el número de “Joules”equivalente a una “caloría”. La cantidad relativa de unidades caloríficas y de la unidades mecánicas se la puede encontrar realizando experimentos en los cuales una cierta medida de energía mecánica se convierte completamente en una cantidad medida de calor.
En esta práctica vas a calcular la equivalencia existente entre calor y trabajo, es decir, en el Sistema Internacional de unidades, laequivalencia entre Julios y Calorías

1 Caloria=4.186 Joules (1)

Es importante que no confundas calor con temperatura. El calor es una energía en tránsito entre dos cuerpos que están a distinta temperatura.

Definición de Caloría:

Cantidad de energía térmica que se necesita para elevar la temperatura de un gramo de agua un grado Celsius. Joule demostró que existen diversas formas de energía que, alsuministrarlas a un sistema pueden elevar la temperatura de un gramo de agua un grado Celsius. De esta forma pudo calcular el trabajo necesario (en Julios) para realizar esta acción. En esta práctica mediremos el trabajo eléctrico necesario para calentar un gramo de agua y elevar su temperatura un grado Celsius. Este experimento se realiza en un calorímetro, que es un recipiente de paredesaislantes. En nuestro caso utilizaremos un termo con una resistencia en su interior de modo que, al pasar corriente eléctrica por la
resistencia se calentará el líquido que contiene el calorímetro. Un calorímetro perfecto no cede ni absorbe calor. Sin embargo, no existen calorímetros perfectos por lo que a la hora de trabajar con un calorímetro tienes que conocer el llamado equivalente en agua delcalorímetro, que se define como la masa de agua capaz de absorber la misma cantidad de calor que el calorímetro para una misma elevación de temperatura.
Para obtener el valor de K vamos a usar el MÉTODO DE LAS MEZCLAS, en el cual a una masa caliente de agua M1 le añades una masa de agua fria M2. Teniendo en cuenta que el calorímetro y la masa caliente (que en un principio están a temperatura T1) cedencalor a la masa fría (que está a temperatura T2) hasta alcanzar una temperatura de equilibrio Teq, el balance de energía toma la siguiente forma:

CoM1+KT1-Teq=CoM2Teq-T2 (2)

Donde Co es el calor específico del agua, Co =1 cal/(g K). Por tanto, despejando

K=M2Teq-T2T1-Teq-M1 (3)

Una vez calculado el equivalente en agua de tu calorímetro ya puedes estudiar la cantidad de trabajo eléctrico necesariopara elevar la temperatura de una masa de agua de un gramo, un grado centígrado; es decir, ya puedes determinar el llamado Equivalente Mecánico del Calor. El principio en el que se basa esta parte del experimento consiste en suministrar energía eléctrica a una resistencia eléctrica rodeada de agua dentro de un calorímetro, y medir el calor desarrollado en éste. Como la potencia eléctrica P ,suministrada a un sistema viene dada por P = I V , (donde I es la corriente eléctrica, y V la diferencia de potencial del generador, que se suponen constantes), la energía W aportada a la resistencia en un tiempo t será igual a la potencia multiplicada por el tiempo, de modo que:

W=Pt=V I t julios (4)

Cuando la resistencia se sumerge en el calorímetro, que contiene una masa de agua M=M1+M2, laenergía eléctrica W se invierte en elevar la temperatura del sistema (agua y calorímetro) desde una temperatura inicial To a una temperatura final Tf.
Por tanto, el calor absorbido por el agua y el calorímetro desde una temperatura To a una Tf es:

Q=CoM+KTf-To (5)

De este modo, la relación entre trabajo y calor, o lo que es lo mismo, el equivalente mecánico del calor queda:

J=WQ=V I tCoM+KTf-To...