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7/23/2019 Experimento Joule.docx
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Experimento de Joule. Equivalente mecnicodel calor
En el experimento de Joule se determina el equivalente mecnico
del calor, es decir, la relacin entre la
unidad de energa joule (julio) y la unidad de calor calora.
Mediante esta experiencia simulada, se pretende poner de
manifiesto la gran cantidad de energa que es
necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la
temperatura de un volumen pequeo de
agua.
Descripcin.
Un recipiente aislado trmicamente contiene una cierta cantidad
de agua, con un termmetro para medirsu temperatura, un eje con unas
paletas que se ponen en movimiento por la accin de una pesa, tal
como
se muestra en la figura.
La versin original del experimento, consta de dos pesas iguales
que cuelgan simtricamente del eje.
La pesa, que se mueve con velocidad prcticamente constante,
pierde energa potencial. Como
consecuencia, el agua agitada por las paletas se clienta debido
a la friccin.
Si el bloque de masa Mdesciende una altura h, la energa
potencial disminuye en Mgh, y sta es la
energa que se utiliza para calentar el agua (se desprecian otras
prdidas).
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Joule encontrque la disminucin de energa potencial es
proporcional al incremento de temperatura del
agua. La constante de proporcionalidad (el calor especfico de
agua) es igual a 4.186 J/(g C). Por tanto,
4.186 J de energa mecnica aumentan la temperatura de 1g de agua
en 1 C. Se define la calora como
4.186 J sin referencia a la sustancia que se estcalentando.
1 cal=4.186 J
En la simulacin de la experiencia de Joule, se desprecia el
equivalente en agua del calormetro, del
termmetro, del eje y de las paletas, la prdida de energa por las
paredes aislantes del recipiente del
calormetro y otras prdidas debidas al rozamiento en las poleas,
etc.
Sea Mla masa del bloque que cuelga y hsu desplazamiento
vertical
mla masa de agua del calormetro
T0la temperatura inicial del aguay Tla temperatura final
g=9.8 m/s2la aceleracin de la gravedad
La conversin de energa mecnica ntegramente en calor se expresa
mediante lasiguiente ecuacin.
Mgh=mc(T-T0)
Se despeja el calor especfico del agua que estarexpresado en
J/(kg K).
Como el calor especifico del agua es por definicin c=1 cal/(g
C), obtenemos la equivalencia entre las
unidades de calor y de trabajo o energa.
ActividadesSe introduce
La masa Mdel bloque que cuelga (en kg), en el control de edicin
titulado Pesa que cuelga.
La masa mde agua (en g) o su volumen en ml, en el control de
edicin titulado Masa de agua.
La temperatura inicial T0se fijado en el programa interactivo en
el valor de 20C
Se pulsa el botn titulado Empieza.
Para detener el movimiento del bloque a una altura determinada
se pulsa el botn titulado Pausay luego,
varias veces Paso, para acercarnos a la altura deseada paso a
paso
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm#Concepto%20de%20calorhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm#Concepto%20de%20calorhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm#Concepto%20de%20calorhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm#Concepto%20de%20calor
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Observamos la cada del bloque, que mueve unas aspas que estn
dentro del calormetro. El rozamiento
de las aspas en movimiento con el agua eleva su temperatura. Se
deja caer el bloque una altura hy se
apunta la temperatura Tfinal del agua calentada.
Ejemplo:
Se introduce
Masa del bloque M=50 kg
Masa del agua en g (o volumen del agua en ml), m=100 g=0.10
kg
Se apunta
Altura h=1 m
Temperatura inicial T0=20C, y la temperatura final T=21.2C
Tenemos que aumentar la diferencia de temperaturas para obtener
un mejor resultado. En la experiencia
real se consigue haciendo caer varias veces el bloque. El
trabajo total es nMgh, siendo nel nmero de
veces que se suelta el bloque.
