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EQUIVALENCIA CALOR- TRABAJOEQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO
EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO
• Objetivo• Introducir el tema de ENERGÍA y ver
las interrelaciones de sus diversas formas de manifestación.
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Problema
• Al introducir una resistencia eléctrica a un recipiente con agua por un determinado tiempo, la temperatura del agua aumenta.
• Por cada caloría que absorbe el agua ¿Cuántos joules cede el dispositivo eléctrico?
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TRABAJO Y SUS VARIEDADES
Tipo de trabajo: δW Donde: Unidades δW (J)
Expansión-compresión −PopdV Pop es la presión de oposicióndV es el cambio de volumen
PaM3
Superficial γdA γ es la tensión superficialdA es el cambio de área
N/mm2
Longitudinal fdl f es la tensióndl es el cambio de longitud
NmEléctrico υ dq υ es la diferencia de potencial
dq es la variación de cargaVC
TRABAJO ELÉCTRICO
ENERGÍA QUE DESARROLLA UNA CARGA ELÉCTRICA
SOMETIDA BAJO LA ACCIÓN DE UN CAMPO ELÉCTRICO AL
MOVERSE entre 2 PUNTOS
elecW qυ=1 V = 1 J/C
0
q
elecW dqυ= ∫
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•James Prescott Joule, determino la cantidad de E mecánica que se convierte totalm en una cantidad de CALOR MEDIBLE.
EXPERIMENTO DE JOULE
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Pérdida de EMecánica = masa de
las pesas *aceleración
de la gravedad
*altura desde la que caen las
pesas
=W (Joules)Ganancia de
ETérmica = masa del agua *
calor específico del agua
*aumento de la temperatura
del agua
=Q (cal)Él puntualizó que la conversión entre
la E Mecánica y la E Térmica permanecía cte, es decir:
WαQW = J Q
J= W/Q J = 4.184 J/cal
Expresa un balance
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“La circulación de electricidad a través de un conductor produce calor. Por el principio de
conservación de E, la energía eléctrica (Welec) consumida debe ser igual a la
energía térmica producida (Qabs)”
Welec = J Qabs
Qabs = QH2O + QK
Qabs = mH2OcH2O(teq- tH2O f) + K (teq- tH2O f)
Experimento Equivalencia Calor - TrabajoExperimento equivalencia calor-trabajo
Absorción de Q
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Ley de Ohm
Trabajo eléctrico
P = Welec/tiempo
Trabajo eléctrico
υ= RICorriente eléctrica:I =q/t [C/s] = [A]Voltaje:υ=ΔEp/q [J/C] = [V]
Resistencia eléctrica:Oposición al paso de la corriente a través de un
conductor R [V/A] = [Ω]elecW qυ= Pero I =q/ θ entonces q = I θ
elecW Iυθ=
I = υ/R
Como I = υ/R2
elecWRυ θ=
Potencia eléctrica:
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¿Qué es la constante del calorímetro?
Es la capacidad térmica del vaso Dewar junto con sus accesorios
(termómetro, tapón de hule, plástico).
K= La constante del calorímetro se determina
Para calcular la cantidad de calor que absorbe o cede el calorímetro
Vaso Dewar
1•Deposita 100 mL de agua fría (temperatura ambiente) en el Dewar
•Registrar temp. Cada 15 seg durante 5 min (tH2O f )
•Esperar a que se alcance el equilibrio térmico (Dewar-agua)
2Calienta 400 mL agua hasta que alcance su temperatura de ebullición
3Tomar 100 mL de agua caliente y registrar su temperatura (tH2O c )
DEBE SER MAYOR A 80°C
4•Añade los 100 mL de agua caliente al Dewar
•Registrar el tiempo de mezclado
•Registrar temperatura de la mezcla durante 5 min más.
Método de mezclas
Coloca el tapón
rápido y
suavemente,
Sin presionar
mezcla agua fría y caliente
No presionar
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Capacidad térmica del calorímetro
(Constante del calorímetro)
Calculo de la T eq
Tiempo
tH2O f
teq
⋅ ⋅ ⋅⋅
⋅ ⋅ ⋅ ⋅
Tem
pera
tura
Tiempo de mezclado
• Vaciar al gráfico los datos experimentales TH20 f , TH20 Caliente y tiempo de mezclad
•Trazar las mejores rectasposibles para las temperaturasregistradas antes y despuésdel mezclado
•Marca el tiempo en queocurrió la mezcla
•Extrapolar ambas rectashasta el tiempo demezclado
• Determina Teq
• Vaciar al gráfico los datosexperimentales
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Qganado = -Qcedido
Determinación de la constante del calorímetroMétodo de mezclas
QH2O fría + Qcalorímetro = -QH2O caliente
mH2O f cH2O (teq-tH2O f ) + K (teq –tH2O f) = - mH2O c cH2O (teq-tH2O c )
(mH2O f cH2O + K) (teq-tH2O f ) = -mH2O c cH2O (teq-tH2O c )
2 , 2 2 ,2 2
2 ,
( )( )
H O c H O H O c eqH O H O
eq H O f
m c t tK m c
t t−
= −−
DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE CALORÍMETRO
Método de mezclas
2da Determinación del equivalente calor-trabajo.
1. Colocar 300 mL de H2O en el Dewar.2. Introduce al H2O al dispositivo de la resistencia omega y el termómetro insertados en el tapón de hule, 3. Registrar la Tinicial.5. Conecta el dispositivo eléctrico por intervalos de 5 segundos y DESCONECTA6. A agita suavemente7. Registra el tiempo aditivo y la temperatura final, de cada lectura8. El experimento termina cuando tengas 60°C.El vaso dewar ya deja de ser adiabatico es adiatermico
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. Mide y registra la
resistencia y el
voltaje del dispositivo eléctrico
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Tabla1. Registro de Datos Técnicos
Tabla 2. Equivalencia Calor-Trabajo
Qabs = (mH2OcH2O+ K )(tf – ti)
Δt = tf – tiMagnitudes:
Voltaje (volts)
Resistencia (ohms)
tiempo (s)
Welec(J)
ti(ºC)
tf(ºC)
∆t = tf - ti(ºC)
Qabs(cal)
J = Welec/Qabs / (J/cal)
5 Siempre
10 La misma
15
20
etc. 60 C
Datos experimentales: llenado de las tablas
2
elecWRυ θ=
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W = 4.186Q
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
W [J]
Q[cal]
Equivalencia Calor- Trabajo
Qabs
Welec
Determinación del equivalente calor-trabajo
Al hacer una gráfica de Welec (J) vs Qabs (cal) la pendiente será el equivalente calor-trabajo
J = 4.184 Joules/caloría