Joder

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Equivalente eléctrico del calor
Objetivo

T

Joule

q

CALORÍA

Estudiar la relación entre el trabajo eléctrico con el calor. Determinar cuantitativamente la relación entre Joules y calorías. Estudio experimental de un calorímetro de mezclas.

Introducción
El principio de conservación de la energía nos d que si una dada cantidad de ice energía de algún tipo se transformacompletamente en calor, la variación de la energía térmica resultante debe ser equivalente a la cantidad de energía entregada. En este experimento buscamos demostrar la equivalencia entre la energía entregada a un sistema y el calor en que se convierte. Si la energía se mide en Joules y el calor en calorías, nos propondremos también encontrar la equivalencia entre estas unidades. La relación cuantitativaentre Joules y calorías se llama, Je, equivalente eléctrico (o mecánico) del calor. Calorímetro de mezclas Un dispositivo muy útil para los experimentos de termodinámica es el calorímetro de mezclas, que consiste en un recipiente que contiene un líquido (por lo regular agua), un termómetro y algún otro elemento como un agitador o una resistencia eléctrica. Si por algún metodo suministramos unacantidad de calor Q al sistema, la temperatura del calorímetro aumentará en ∆ La relación entre estas cantidades será: T. Q = (c agua ⋅ magua + c termom ⋅ mtermom + c xx ⋅ mxx ) ⋅ ∆T =  c ⋅m + c xx ⋅ m xx     = c agua ⋅  magua +  termom termom   ⋅ ∆T =  c agua      = c agua ⋅ (magua + {M eq }) ⋅ ∆T (1)

Aquí, cagua , ctermo y cxx son los calores específicos del agua, termómetro yagitador (u otro objeto dentro del calorímetro) respectivamente. Sus masas correspondientes son: magua , mtermo y mxx. Como se ve en la segunda línea de (1), el término entre llaves, es una contante para un dado calorímetro, y como tal puede agruparse todo este término en una sola contante Meq, que se designa como el equivalente en agua del calorímetro. Meq tiene un significado físico simple:representa una masa de agua cuya capacidad

Física re-Creativa - S. Gil y E. Rodríguez

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calorífica es igual a la del termómetro, recipiente, agitador y todos los demás componentes del calorímetro. Existen varios métodos de determinar el valor de Meq; uno de ellos se describe más adelante en este experimento. Un modo simple de obtenerlo consiste en partir de dos volumenes de agua a distintastemperaturas: una masa de agua m1 a T1 (caliente, una decena de grados arriba de la temperatura ambiente, Tamb), y otra masa de agua m2 a T2 (fría, por ejemplo una decena de grados debajo de Tamb), que se supone está en el calorímetro junto a los demás componentes. Una vez medidas las temperaturas T1 y T2 , los dos volumenes de agua se mezclan en el calorímetro, el cual se equilibrará térmicamente auna temperatura Tf. Por conservación de la energía tenemos: Q = c agua ⋅ m1 + M eq ⋅ (T f − T1 ) = cagua ⋅ (m2 ) ⋅ (T2 − T f ) de donde: M eq = m2 ⋅ (T2 − T f ) (T f − T1 ) − m1

(

)

(2)

(3)

Dado que el calorímetro no está totalmente aislado del medio, siempre hay intercambio de calor entre el calorímetro y el medio, lo que altera la igualdad (2). Para minimizar los erroressistemáticos introducidos por este intercambio térmico es aconsejable, partir de una docena de grados debajo de la Tamb y procurar que la temperatura final (Tf) esté una cantidad similar de grados por arriba de Tamb, esto es: T2 − T f ≈ T f − T1 (4)

De este modo, parte del calor que el medio entrega al sistema en la primera parte del experimento, es devuelta por el sistema al medio en la segunda parte.IActividad
Equivalente eléctrico del calor El principio del experimento consiste en suministrar energía eléctrica a un conductor (resistencia eléctrica) rodeado de agua dentro de un calorímetro, y medir el calor desarrollado en éste. Como la potencia eléctrica entregada a un sistema viene dada por P=i.V (i= corriente [Ampère], V= diferencia de potencial [Volt], P = potencia [Ampére . Volt =...
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