DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR




DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR
INFORME DE LABORATORIO No. 7













Fecha de realización: 4 de octubre de 2011
Fecha de presentación: 11 de octubre de 2011

1. Fundamento Teórico

El principio de la conservación de energía nos dice que si una cantidad dada de trabajo es transformada completamente en calor, la energía térmica resultante debe serequivalente a la cantidad de trabajo realizado. La equivalencia no es directa ya que el trabajo es medido en joules y la energía térmica es medida en calorías. Es necesaria una relación cuantitativa que iguale joules con calorías. Esta relación es llamada Equivalente Mecánico del Calor.
Joule realizó una variedad de experimentos en los cuales convirtió una cantidad de medida de trabajo, através de la fricción en una cantidad igual cuidadosamente medida de calor. Con muchos experimentos, Joule demostró que la relación entre trabajo realizado y calor producido fue constante e igual a:
1 caloría = 4,186 Joule
Se tiene un equipo que mide con bastante precisión (5%) el equivalente mecánico del calor. En este aparato una cantidad medible de trabajo es realizado haciendo girar una manilla lacual a su vez hace girar un cilindro que está conectado con un peso. Una pita es envuelta varias veces alrededor del cilindro de manera tal que girar la manivela, se crea una fuerza de fricción entre la pita y el cilindro es justo suficiente para soportar el peso que se encuentra al otro lado de la pita. Esto asegura que el torque que actúa sobre el cilindro es constante y medible.
Como elcilindro gira levantando la pesa, la fricción entre el cilindro y la pita convierte el trabajo en energía, lo cual eleva la temperatura del cilindro de aluminio. Un transmisor es conectado al aluminio así que, por medición de la resistencia del transmisor, la temperatura del cilindro puede ser determinada. Monitoreando el cambio de temperatura del cilindro, la energía térmica transferida al cilindropuede ser calculada. La relación entre el trabajo realizado y la energía térmica transferida al cilindro es el equivalente mecánico del calor J.
Para calcular el torque τ usar la siguiente ecuación:
τ = M*g*R
El trabajo realizado será igual a:
W = τ* ø = M*g*R (2*3,14*N)
El calor producido por la fricción se calcula:
Q = m * Cp (TF -TO)
El equivalente mecánico del calor J es igual al cocienteentre el trabajo y calor.
J = W / Q
M = masa grande (la que cuelga de la pita)
m = masa del cilindro de aluminio
g = Aceleración de la gravedad igual a 9,8 m/s2
Cp Aluminio = 0,2 cal/ºC*g
Tf = temperatura final del cilindro de aluminio
Ti = Temperatura inicial en el cilindro, justo antes de iniciar el movimiento
R = radio del cilindro de aluminio
2. Objetivos


Determinar elequivalente mecánico del calor.
Aprender el manejo del equipo.
3. Material y Equipo

1 Equipo de medición de Equivalente mecánico del calor.
1 multimetro.
1 balanza.
1 termómetro.
1 baño de hielo.
1 vernier.

4. Reactivos


Agua destilada.
Hielo.
Polvo de grafito.


5. Procedimiento



Parte I Armado del Equipo

1. Montamos el equipo sobre una mesa firme y nivelada.
2. Conectamosel multimetro al aparato utilizando conectores adecuados.
3. Enfriamos el cilindro de aluminio, lo secamos muy bien y aseguramos con un tornillo al eje central del equipo.
4. Cuando hicimos girar la manivela y la masa total se elevo tuvimos el cuidado de que no sobrepase más de 3 cm de altura si se está trabajando con 10 kg de peso.



Parte II

1. Usamos una masa mayor a 3 Kg. En estecaso pesamos las piedras pequeñas de aproximadamente 150 gr cada una de 3 en 3 (para no sobrepasarnos en el límite de la balanza digital) hasta tener una masa de 5 Kg y la introducimos en el recipiente de aluminio grande. Incluimos la masa del cilindro.
2. Enfriamos en un baño de hielo el cilindro de aluminio pequeño hasta que alcanzo 7-100C por debajo de la temperatura ambiente, luego...