Equivalente mecánico del calor

Equivalente mecánico del calor








I. INTRODUCCIÓN

El trabajo mecánico W y el calor Q son dos formas de energía. El calor puede ser convertido en energía mecánica mediantedispositivos como la turbina a vapor y de combustión interna. De la misma forma el trabajo mecánico puede ser transformado en calor. Joule encontró que la razón entre el trabajo mecánico hecho paraproducir calor era siempre el mismo a esto le llamo el Equivalente Mecánico del Calor o Constante de Joule.
Para calcular el trabajo realizado, se definen las siguientes ecuaciones como hipótesisintroductoria:
El torque ocasionado por una fuerza


Donde F es la fuerza y r la distancia a esta desde el eje de giro
Cuando el sistema sobre el que actúa esta fuerza gira un ángulo θ, y el punto deaplicación de la fuerza recorre un arco igual a s=rθ, por lo que el trabajo es:

W = F s = F r θ, por lo que:

W = F r θ = τ θ. (2)

Ahora, el torque ocasionadopor la fricción de una fuerza es:


Donde M=Masa colgada
g= aceleración de gravedad
R=radio del cilindro

El ángulo de giro en una vuelta del cilindro es 2 , por lo tanto, el trabajo realizadoen N vueltas será:


Donde N es el número de vueltas

Luego, El calor transferido (Q), es el calor producido por la fricción entre el cilindro y el aluminio, está dado por:


Donde:
m es masadel cilindro
es el calor espesifico
es la diferencia entre la tempratura final menos la temperatura inicial

Ahora, el Cálculo de J, El equivalente mecánico del calor, está dado por lasiguiente relación:


II. OBJETIVO

El objetivo es determinar el Equivalente Mecánico del Calor, a través de la realización de cierto trabajo mecánico (W) y se midiendo el calor transferido alrealizado (Q).
III. MONTAJE
A. Materiales
Multitester para medir Resistencia
Masa [ 5Kg ].
Cilindro de Aluminio.
Cuerda de fricción.
Agua
B. Montaje a seguir
En la figura 1 se presenta un...