equivalente mecánica de calor.

PRACTICA Nº 5
EQUIVALENTE MECANICA DEL CALOR
Objetivos:
• Determinar el valor del equivalente del calor
Introducción
Al tomar dos piedras y frotarlas durante un tiempo, luego si tocamos la superficie que estaban en contacto notamos quelas superficies se han calentado, es decir se puede entender que las superficies han absorbido Calor ¿De dónde proviene ese calor? De igual modo sicolocamos la tapa a una olla con agua hirviendo en su interior, vemos que la tapa, si se ajusta adecuadamente, se levanta. ¿De dónde proviene la energía capaz de realizar este trabajo mecánico?

Se podría establecer entonces que existe una relación entre el Calor y el Trabajo Mecánico teniendo en cuenta que entre ellos se da un proceso de transferencia de energía. Esta relación fue demostradacualitativamente en el siglo XIX por James Joule que estableció que una cantidad de trabajo mecánico determinado produce siempre una misma cantidad de calor.

Marco Teórico
Cuando se realizaron los estudios del concepto de energía mecánica, siempre en todo movimiento en el cual estuviese presente la fricción, se perdía un poco o bien parte de la energía mecánica, es decir la energía no se conservaba.Diversas experiencias demuestran que esta energía mecánica que se pierde no desaparece en forma simple, sino que se transforma en energía térmica.

Aunque la relación entre la energía mecánica y térmica fue sugerida por

Thompson, fue James P. Joule quien estableció primero la equivalencia de las dos formas de energía.

La relación cuantitativa que hay entre estas dos formas de energía,establece que la cantidad de calor correspondiente a una cantidad dada de energía cinética (movimiento) o potencial (elevación o descenso de un cuerpo) es llamada equivalente mecánico del calor (relación entre calorías y julios).

Joule realizó un experimento basado en la construcción de un aparato como el de la figura, cuyo funcionamiento consiste en enrollar una cuerda que sujeta unas masas sobreunas poleas hasta colocarlas a una altura. De acuerdo a la primera ley de la termodinámica existe una relación entre el trabajo mecánico y el calor desarrollado o absorbido por una sistema, este valor se determina experimentalmente en los inicios de la discusión de la termodinámica y la obtención de su valor abrió el camino para desarrollado de las primera ley de la termodinámica.
Existediversas formas e instrumentos mediante el cual de hace este cálculo alguno muy refinados y otros no tanto, en el caso de nuestra experiencia vamos a aplicar un método sencillo que consiste en generar calor mediante una acción mecánica y medir el incremento de temperatura del sistema tal como se describirá líneas abajo.








La Primera Ley de la Termodinámica
Si la cantidad Q-W se mide paradiferentes trayectorias que conectan los estados de equilibrio i y f, se encuentra un único resultado. Por lo tanto esta cantidad está determinada por completo por i y f. Si U representa la energía interna, se tiene:


Esta es la Primera Ley de la Termodinámica. Expresa la conservación de la energía incluyendo a procesos que involucran la transferencia de calor.
Si se trata de un cambio deestado infinitesimal, se tiene que:


Nota que sólo dU es un verdadero infinitesimal, puesto que dQ y dW dependen de la trayectoria.
Aplicaciones
Proceso adiabático: Q=0
Proceso isobárico: P=constante.
Proceso isovolumétrico: V=constante.
Proceso Isotérmico: T=constante.
Expansión isotérmica de un gas ideal
El trabajo realizado al expandirse de a es:





Esto es:Mecanismos de Transferencia de Energía
Conducción térmica
Si los dos extremos de un material de área transversal A separados por una distancia dx se encuentran a diferente temperatura, habrá un flujo de calor durante un instante , desde el lado más caliente al más frío, dado por:


La rapidez de transferencia de energía P se mide en watts. k es la conductividad térmica del material y...