Termodinamica

ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO
PROYECTO DE TERMODINAMICA
INTEGRANTES
• DIEGO CARRERA
• ROBERTO CHICAIZA

DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE MECÁNICO DEL
CALOR

INTRODUCCIÓN
Del principio de conservación de la energía, la cantidad de trabajo mecánico realizado para llevar a cabo una actividad puede transformarse en calor, osea, la energía térmica es equivalente al trabajorealizado. En esta experiencia encontraremos la relación cuantitativa de la equivalencia entre el trabajo mecánico (joules) y energía térmica (calorias)

OBJETIVO
El objetivo de esta práctica es la determinación del 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 porla 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.

MATERIAL.
• Calorímetro.(recipiente de paredes aislantes que permite el calentamiento de líquidos).
• Agitador
• Termómetro. Electrónico
• Resistencia de calentamiento 600watt.
• Amperímetro
•Cronómetro.
• Cables para conexiones.
• Agua

FUNDAMENTO TEÓRICO.

Por definición la caloría es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua un grado Celsius. Los experimentos de Joule demostraron que no sólo la energía térmica permite elevar la temperatura, sino que también cualquier otra forma de energía suministrada a un sistema puede realizarel mismo efecto. Con estos experimentos obtuvo el equivalente mecánico, J, de la caloría , es decir el número de Julios necesarios para aumentar un grado la temperatura del gramo de agua, utilizando en su experimento trabajo mecánico. El paso inverso de transformación del calor en energía mecánica se demostró y encontró una importante aplicación en la máquina de vapor de Watt.
En esta prácticamediremos este equivalente utilizando la transformación de energía eléctrica en térmica.
En un recipiente conteniendo agua a una cierta temperatura se introduce una resistencia eléctrica entre cuyos bornes se aplica una diferencia de potencial V produciéndose el paso de una intensidad de corriente I.
La potencia consumida en la resistencia al ser un conductor óhmico es :

PVI= (en vatios, si Ison amperios y V, voltios) (1)

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

W=VIt=.. (en julios, si t se mide en segundos). (2)
Esta energía se transforma en calor como se observa si medimos la temperatura del agua antes y después.
La cantidad de calor generado en el tiempo t se invierte en elevar no solo la temperatura del agua sino también la de las paredes del recipiente yotros elementos del calorímetro.
Si la temperatura inicial es T1 y la final es T2, se tiene:
[pic]

donde c0 es el calor específico del agua (1 cal/ gr. 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. Con estas unidades , el resultado de laexpresión (3) son calorías.

El equivalente, J, de la caloría es :

J = W/Q (Julios/caloría) (4)

y su expresión en este caso se obtiene dividiendo la ecuación (2) por la (3).

PROCEDIMENTO

Determinación del equivalente mecánico del calor , J :

Con el montaje anterior se calienta el agua contenida en el calorímetro, Mt = M2 – M0, durante un tiempo t, del orden de cuatro minutos,partiendo de la temperatura T1 y llegando a la temperatura T2. Ambas temperaturas deben medirse. Se calcula la energía eléctrica, W, mediante la expresión (2) a través de las lecturas del voltímetro, amperímetro y cronómetro.
Se determina la cantidad de calor absorbida por sistema (agua y calorímetro) utilizando la expresión (3). Dividiendo estos dos resultados se tiene el valor de J :

[pic]...