Fisica

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
F E S A
PRÁCTICA No. 7
EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR
GARCÍA GAYOSSO JONATHAN EMILIANO
GRUPO DE LABORATORIO: 52-2
GRUPO DE TEORÍA: 1152
EQUIPO DE TRABAJO: 2
FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA:
JUEVES 11 DE OCTUBRE DE 2012

OBJETIVO
Determinar experimentalmente el calor de la constante del equivalente mecánico del calorutilizando el principio de la conservación de la energía.
Relación entre calor y trabajo
Si calor y trabajo son ambos formas de energía en tránsito de unos cuerpos o sistemas a otros, deben estar relacionadas entre sí. La comprobación de este tipo de relación fue uno de los objetivos experimentales perseguidos con insistencia por el físico inglés James Prescott Joule (1818-1889). Aun cuandoefectuó diferentes experimentos en busca de dicha relación, el más conocido consistió en determinar el calor producido dentro de un calorímetro a consecuencia del rozamiento con el agua del calorímetro de un sistema de paletas giratorias y compararlo posteriormente con el trabajo necesario para moverlas.
La energía mecánica puesta en juego era controlada en el experimento de Joule haciendo caerunas pesas cuya energía potencial inicial podía calcularse fácilmente de modo que el trabajo W, como variación de la energía mecánica, vendría dado por:
W = m · g · h
Siendo m la masa de las pesas, h la altura desde la que caen y g la aceleración de la gravedad.
Equivalente mecánico del calor ( J)El calor y el trabajo mecánico son energías en transición, y su relación para un sistema cerrado lo establece la expresión:
W=JQ
Siendo el trabajo mecánico, el equivalente mecánico del calor y el calor total. La energía calorífica puede ser transformada a energía mecánica, en donde el calor se encuentra dado eno en y el trabajo en (Kg)(m), (Joule) en o en , de tal forma que la constante de proporcionalidad llamada constante de Joule o equivalente mecánico del calor, adquiere valores obteniendo dos experimentalmente, así que:
J=W/Q
Experimento de Joule
James P. Joule, utilizando un experimento ya efectuado por Gay-Lussac, dispuso dos recipientes de cobre en un baño de agua, como se muestran en lafigura.

Todo el sistema se aisló. Uno de los recipientes contenía aire a una presión de 22 atm; en el otro se hizo el vacío.

Después de que todas las partes alcanzaron el equilibrio térmico, se abrió la válvula.

El aire fluyó al recipiente vacío y toda la masa de aire finalmente quedó en reposo a la presión de 11 atm. Con instrumentos entonces disponibles, Joule observó que latemperatura del agua que rodeaba los recipientes era la misma antes y después del ensayo, una observación sencilla que condujo a una deducción importante.

Hay varios hechos

El primero indica que hubo un flujo o corriente momentánea de aire elevando las cantidades de energía que caracterizan al flujo, pero el gas estaba en reposo en los estados inicial y final.

Segundo, puesto que no habíaconexión por la cual la energía pudiera salir del sistema como trabajo, W = 0.
Tercero, como la temperatura del agua era la misma, no hubo flujo de calor del aire contenido en los recipientes al agua, ni del agua al aire, entonces Q = 0. Cuarto, la temperatura del aire del recipiente A tenía que haber disminuido, ya que el aire contenido en él en cualquier instante durante el flujo estaba realizandotrabajo al empujar el gas para que entrara en B. La temperatura del gas en B sufrió un aumento debido a que se estaba haciendo trabajo sobre él. Sin embargo, cuando estos efectos se igualaron térmicamente por segunda ocasión, la temperatura del aire en los recipientes debió ser la misma que inicialmente, pues en caso contrario, debido a la diferencia de temperaturas, hubiese sucedido una...