Equivalente mecánico del calor

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OBJETIVO

Determinar el equivalente mecánico J de la caloría. Para obtenerlo se calcula el calor absorbido por una masa de agua que se calienta gracias a la energía suministrada por una resistencia eléctrica por la que circula una cierta intensidad I.
Dado que el agua se encuentra en un calorímetro, se ha de determinar en primer lugar el equivalente en agua K de este último.


MARCOTEÓRICO

El principio de la conservación de la energía nos plantea la equivalencia entre calor y trabajo mecánico. Para los casos en donde suponemos que toda la energía mecánica puede convertirse en calor, podemos obtener experimentalmente el valor numérico de esta relación o equivalencia. El trabajo es normalmente medido en unidades de Julios (Joule) y la energía térmica o calor es medidoen unidades de calorías. La equivalencia no es inmediatamente obvia y debe determinarse experimentalmente. Esta relación de equivalencia es llamada “Equivalente Mecánico del Calor”.

Encontrar la equivalencia entre Joules y calorías fue determinada por primera vez, por el físico Joule en una serie de experimentos iniciados en 1843 y con frecuencia se le ha llamado "equivalente Joule". Esusual denominarlo equivalente mecánico del calor y, el valor que se usa es de 1 caloría = 4.1840 J.

Es importante que no confundas calor con temperatura. El calor es una energía en tránsito entre dos cuerpos que están a distinta temperatura.
La caloría es cantidad de energía térmica que se necesita para elevar la temperatura de un gramo de agua un grado Celsius.



En este trabajo medimoseste equivalente utilizando la transformación de energía eléctrica en térmica.
Si introducimos en un recipiente con agua a cierta temperatura, una resistencia eléctrica y aplicamos una diferencia de potencial V entre sus bornes, observamos el paso de una intensidad de corriente I.
La potencia consumida en la resistencia es: P=VI

La energía eléctrica W generada al cabo de un tiempo t,es: W=VIt

Esta energía se transforma en calor. La cantidad de calor generado en el tiempo t se invierte en elevar no sólo la temperatura del agua sino también la de las paredes del recipiente y otros elementos del calorímetro. Otra parte del calor es emitido por radiación al exterior. Si la temperatura inicial es T1 y la final T2, entonces:

Q=Co(M+K)(Tf-To)Donde Co es el calor específico del agua (a cal/g K), m la masa en gramos del agua y k el llamado equivalente en agua del calorímetro, masa de agua capaz de absorber igual cantidad de calor que el calorímetro para la misma elevación de temperatura.
El equivalente, Je, del calor, es
J=W/Q
Joule demostró que existen diversas formas de energía que, al suministrarlas 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.





MATERIALES

Amperímetro
Voltímetro.
Calorímetro (vaso foam)
Agitador.
Resistencia térmica
Termómetro.
Cinta adhesiva
Probeta
Vaso de precipitado
Cables (cocodrilos)


PROCEDIMIENTO
Se confecciono el calorímetroutilizando dos vasos de foam.
En el calorímetro confeccionado se procedió a efectuarle los orificios por donde pasarían el termómetro, y el corcho.
Al corcho colocado en el vaso de foam con tapa se le abre un orificio por donde pasaran los dos cables de cocodrilo.
La resistencia se coloca en el fondo del calorímetro.
Ambos cables de cocodrilo se conectan a la resistencia.
Se sellaherméticamente el calorímetro evitando que haya transferencia de calor.
Se coloca en el interior de calorímetro 200 ml de agua evitando que haya contacto con la resistencia.
Se monta el sistema conectando los cocodrilos a la fuente de corriente eléctrica.
Se toma la temperatura midiendo el tiempo hasta que se incremente en 10 °C.
Por último se mide el voltaje y la corriente.
FORMULAS

P=IV...
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