Ley de joule

Ley de Joule-Equivalente Mecánico Del Calor

Resumen
En esta práctica se determinó el equivalente mecánico del calor j, para lo cual se calculó el calor absorbido por una masa de agua que se calienta por la energía suministrada proveniente de una resistencia eléctrica. Además, se determinó la capacidad calórica (k) del calorímetro.
Palabras claves: calor, joule

1. Introducción
Esimportante tener claridad sobre los conceptos calor y temperatura. El calor es una energía en tránsito entre dos cuerpos que están a distinta temperatura. En esta experiencia se calculará la equivalencia existente entre calor y trabajo, es decir, en el Sistema Internacional de unidades, la equivalencia entre Julios y Calorías (1 J = 4.184 cal).
Por definición, la caloría es la cantidad de energíatérmica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua un grado Celsius desde 14.5 ºC.
2. Parte Experimental
Esta práctica se divide en tres partes, donde la primera consistía en tomar valores de temperatura y masa de agua para medir la capacidad calórica de la vasija a utilizar en las otras dos partes.
Para la segunda parte se tomo una cantidad de agua y se tomaron valores detemperatura en un intervalo de tiempo fijo, para determinar la variación de la capacidad calórica con el tiempo. Y para terminar se tomaron valores de temperatura a diferentes corrientes eléctricas para medir la variación del efecto calórico con la intensidad de corriente eléctrica.
3. Datos y cálculos
3.1 Capacidad calórica de la vasija
Materiales | Datos obtenidos |
Masa del vaso deprecipitados | 138,5g |
Masa del vaso de precipitados + agua fría | 234g | 237,6g | 241,5g |
Masa del vaso de precipitados + agua caliente | 239,6g | 217,5g | 235,7g |
Temperatura de agua fría | 22oC | 23oC | 23oC |
Temperatura de agua caliente | 65oC | 50oC | 65oC |
Temperatura de mezcla | 40oC | 35oC | 42oC |
Tabla 1. Valores para la medida de la capacidad calórica (K) de la vasija
Teniendo encuenta que el calorímetro, la masa fría y la masa del agua caliente (que en un principio están a temperatura Tf) absorben calor de la masa caliente (que está a temperatura Tc) hasta alcanzar una temperatura de equilibrio Tm, el balance de energía toma la siguiente forma:
Qi=0
-QH2O caliente=QH2O fría+Qcalorimetro
-CH2O *mH2Ocaliente Tm-Ti=CH2O *mH2Ofría Tm-Ti+Ck *mk Tm-Ti
Ck =-(CH2O*mH2Ocaliente Tm-Ti+CH2O *mH2Ofría Tm-Ti)mk Tm-Ti
Donde CH2O es el calor específico del agua, CH2O = 4,18 cal/ (g K). Por tanto, reemplazando:
Ck =-(4,18 *92,439-60+4,18*99,239-22,6)138,50*39-22,6
Ck= 6,56 cal/ (g K)
INCERTIDUMBRE
Qv=CH2O*m2+ Ckm1*Tm-T2-(Tv-Tm)
δQv=∂Qv∂CH2OδCH2O+∂Qv∂m2δm2+∂Qv∂m1δm1 +∂Qv∂CkδCk+∂Qv∂TmδTm+∂Qv∂T2δT2+∂Qv∂T2δTv

∂Qv∂CH2OδCH2O=m2m1*Tm-T2-(Tv-Tm)*δCH2O∂Qv∂m2δm2=CH2Om1*Tm-T2-(Tv-Tm)*δm2
∂Qv∂m1δm1 =-CH2O*m2+ Ckm12*Tm-T2-(Tv-Tm)*δm1
∂Qv∂CkδCk=1m1*Tm-T2-(Tv-Tm)*δCk
∂Qv∂TmδTm=2CH2O*m2+ Ckm1*δTm
∂Qv∂T2δT2=-CH2O*m2+ Ckm1*δT2
∂Qv∂T2δTv=-CH2O*m2+ Ckm1*δTv
3.2 Variación del Efecto Calórico con el Tiempo
La energía aportada a la resistencia en un tiempo t, será igual a:

W=P*t = IV*t=I V t [J]
Cuando la resistencia se sumerge en un calorímetro, que contiene unamasa de agua Magua, la energía eléctrica W se invertirá en elevar la temperatura del sistema (agua y calorímetro) desde T1 a una temperatura final T2.
Q=C0Magua+KT2-T1
Luego la relación trabajo-calor, o el equivalente mecánico del calor, viene dado por:
J=WQ=I V tC0Magua+KT2-T1

J=IVtC0Magua+K∆T (3)
TOMA | TEMPERATURA1 [°C] | TEMPERATURA2 [°C] | T Promedio [°C] |∆T [°C] |
1 | 24 | 25 | 24,5 | 1 |
2 | 25 | 26 | 25,5 | 1 |
3 | 26 | 27 | 26,5 | 1 |
4 | 27 | 28 | 27,5 | 1 |
5 | 28 | 29 | 28,5 | 1 |
6 | 29 | 30 | 29,5 | 2 |
7 | 31 | 32 | 31,5 | 1 |
8 | 32 | 33 | 32,5 | 1 |
9 | 33 | 34 | 33,5 | 1 |
10 | 34 | 35 | 34,5 | 1,5 |
11 | 36 | 36 | 36 | 1 |
12 | 37 | 37 | 37 | 1 |
Tabla 2.Variacion del efecto calórico con el tiempo...