EQUIVALENCIA CALOR

EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO
EQUIVALENCIA
CALOR- TRABAJO
1
EQUIVALENCIA
CALOR-TRABAJO
• Objetivo
• Introducir el tema de ENERGÍA y ver
las interrelaciones de sus diversas
formas de manifestación.
2
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
Expansión-compresión
−PopdV
Donde:
Unidades δW
(J)
Pop es la presión de oposición
dV es el cambio de volumen
Pa
M3
N/m
m2
Superficial
γdA
γ es la tensión superficial
dA es el cambio de área
Longitudinal
fdl
f es la tensión
dl
es la
el diferencia
cambio de de
longitud
υ es
potencial
N
m
V
dq es la variación de carga
C
Eléctrico
υ dq
TRABAJO ELÉCTRICO
ENERGÍA QUE DESARROLLA
UNA CARGA ELÉCTRICA
SOMETIDA BAJO LA ACCIÓN
DE UN CAMPO ELÉCTRICO AL
MOVERSE entre 2 PUNTOS
q
Welec = ∫ υ dq
0
Welec = qυ
1 V = 1 J/C
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EXPERIMENTO DE JOULE
•James Prescott Joule, determino la cantidad de E mecánica que se
convierte totalm en una cantidad de CALOR MEDIBLE.
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Pérdida de
=
EMecánica
Expresa un balance
aceleración
altura desde la
masa de
*
* que caen las
de la
las pesas
gravedad
pesas
= W (Joules)
Ganancia de
=
ETérmica
masa del
*
agua
calor
aumento de la
específico * temperatura
del agua
del agua
=Q (cal)
Él puntualizó que la conversión entre
la E Mecánica y la E Térmica permanecía cte,
es decir:
W αQ
W=JQ
J= W/Q
J = 4.184 J/cal
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Experimento
Equivalenciacalor-trabajo
Calor - Trabajo
Experimento
equivalencia
“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
Absorción de
Q
Qabs = QH2O + QK
Qabs = mH2OcH2O(teq- tH2O f) + K (teq- tH2O f)
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Trabajo eléctrico
Trabajo eléctrico
Ley de Ohm
υ= RI
I = υ/R
Corriente 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]
Welec = qυ Pero I =q/ θ entonces q = I θ
Como I = υ/R
Welec = Iυθ
Potencia eléctrica:
υ2
P = Welec/tiempo
Welec = θ
R
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EXPERIMENTO
DETERMINACIÓN
DE LA
CAPACIDAD TÉRMICA
DEL
CALORÍMETRO
(CONSTANTE DEL CALORÍMETRO)
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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
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Método de mezclas
1
•Deposita 100 mL de
agua fría (temperatura
ambiente) en el Dewar
•Registrar temp. Cada
15 seg durante 5
min (tH2O f )
Vaso Dewar
rápido y
Tomar 100 mL de
agua caliente y
registrar su
temperatura (tH2O c )
DEBE SER MAYOR
A 80°C
Calienta 400 mL
agua hasta que
alcance su
temperatura de
ebullición
•Esperar a que se
alcance el equilibrio
térmico (Dewar-agua)
Coloca el tapón
3
2
suavemente,
Sin presionar
mezcla agua fría y
caliente
4
•Añade los 100 mL de
agua caliente al Dewar
•Registrar el tiempo de
mezclado
•Registrar temperatura
de la mezcla durante 5
min más.
No presionar
Capacidad térmica del calorímetro
(Constante del calorímetro)
Calculo de la T eq
teq
Temperatura
⋅⋅
• Vaciar al gráfico los datos
experimentales TH20 f , TH20
Caliente y tiempo de mezclad
• Vaciar
⋅ ⋅
al gráfico
experimentales
los
datos
•Marca el tiempo en que
ocurrió la mezcla
•Trazar las mejores rectas
posibles para las temperaturas
registradas antes y después
del mezclado
⋅⋅ ⋅ ⋅
•Extrapolar ambas rectas
hasta
el
tiempo
de
mezclado
tH2O f
Tiempo
de
mezclado
Tiempo
• Determina
Teq
14
Determinación
de la constante DE
del calorímetro
DETERMINACIÓN
LA
Método de mezclas
CONSTANTE DE CALORÍMETRO
Método de mezclas
Qganado = -Qcedido
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 )
K
mH 2O ,c cH 2O (t H 2O ,c − teq )
(teq − t H 2O , f )
− mH 2O cH 2O
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2DA DETERMINACIÓN
EQUIVALENTE
CALOR-TRABAJO.
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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 DESCONECTA
6. A agita suavemente
7. Registra el tiempo aditivo y la temperatura
final, de cada lectura
8. El experimento termina cuando tengas
. Mide y
registra la
resistenci
a y el
voltaje del
dispositivo
eléctrico
60°C.
El vaso dewar ya deja de ser
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Datos experimentales: llenado de las tablas
Tabla1. Registro de Datos Técnicos
Δt = tf – ti
Magnitudes:
Voltaje (volts)
Resistencia (ohms)
Qabs = (mH2OcH2O+ K )(tf – ti)
Tabla 2. Equivalencia Calor-Trabajo
tiempo
(s)
5
10
Welec
ti
tf
(J) (ºC) (ºC)
Sie
mpr
e
La
mis
ma
∆t = tf - ti
(ºC)
Qabs
(cal)
J = Welec/Qabs / (J/cal)
υ
Welec = θ
R
2
15
20
18
etc.
60 C
Determinación del equivalente calor-trabajo
Equivalencia Calor- Trabajo
50000
45000
Welec
40000
35000
W = 4.186Q
W [J] 30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Qabs
0
2000
4000
6000
8000
10000 12000 14000
Q[cal]
Al hacer una gráfica de Welec (J) vs Qabs (cal) la
pendiente será el equivalente calor-trabajo
J = 4.184 Joules/caloría
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