Experimento equivalencia calor

EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO
EQUIVALENCIA
CALOR- TRABAJO
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Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
TRABAJO Y SUS VARIEDADES
Tipo de trabajo:
δW
Expansión-compresión
−PopdV
Donde:
Pop es la presión de oposición
dV es el cambio de volumen
Unidades δW (J)
Pa
m3
Superficial
γdA
γ es la tensión superficial
dA es el cambio de área
Longitudinal
fdl
f es la tensión
dl es el cambio de longitud
N
m
Eléctrico
υdq
υ es la diferencia de potencial
dq es la variación de carga
V
C
N/m
m2
TRABAJO ELÉCTRICO
q
ENERGÍA QUE DESARROLLA
UNA CARGA ELÉCTRICA
SOMETIDA BAJO LA ACCIÓN
DE UN CAMPO ELÉCTRICO AL
MOVERSE ENTRE 2 PUNTOS
Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
Welec = ∫ υ dq
0
Welec = qυ
1 V = 1 J/C
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EXPERIMENTO DE JOULE
•James Prescott Joule Midió la cantidad de energía mecánica que se
convierte completamente en una cantidad de calor que se mide.
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Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
pérdida de
=
energía
mecánica
masa de
*
las pesas
aceleración
altura desde la
* que caen las
de la
gravedad
pesas
= W (Joules)
ganancia de
energía =
térmica
calor
aumento de la
específico * temperatura
del agua
del agua
= Q (cal)
masa del
*
agua
La conversión entre la energía mecánica y la
energía térmica permanecía constante, es decir:
Wα Q
W=JQ
J = W/Q
Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
J = 4.184 J/cal
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Método de mezclas
1
2
•Depositar 100 mL de
agua fría (temperatura
ambiente) en el Dewar
Calentar 400 mL
agua hasta que
alcance su
temperatura de
ebullición
•Esperar a que se
alcance el equilibrio
térmico (Dewar-agua)
Vaso Dewar
•Registrar temp.
durante 5 min (tH2O f )
3
Tomar 100 mL de
agua caliente y
registrar su
temperatura (tH2O c )
4
•Añadir los 100 mL de
agua caliente al Dewar
•Registrar el tiempo de
mezclado
•Registrar temperatura
de la mezcla durante 5
min (teq)
5
Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
Vaso Dewar
¿Qué es la constante de calorímetro?
Es la capacidad térmica del vaso
Dewar junto con sus accesorios
(termómetro, tapón de hule,
plástico).
¿Para qué se determina la constante del
calorímetro?
Para calcular la cantidad de calor que absorbe
o cede el calorímetro
Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
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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 )
Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
(teq − t H 2O , f )
− mH 2O , f cH 2O
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Capacidad térmica del calorímetro
(Constante del calorímetro)
• Vaciar al gráfico los datos
experimentales
⋅ ⋅
Temperatura
teq
• Trazar las mejores rectas
posibles para las temperaturas
registradas antes y después del
mezclado
⋅ ⋅
• Identificar el tiempo en que
ocurrió la mezcla
•Extrapolar ambas rectas hasta
el tiempo de mezclado
• Determinar tH20 f y teq
tH2O f = temp. del agua fría y del
Dewar antes del mezclado
⋅ ⋅
⋅ ⋅
teq = temp. de equilibrio
tH2O f
Tiempo de
mezclado
Tiempo
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Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
Experimento
Equivalenciacalor-trabajo
Calor - Trabajo
Experimento
equivalencia
“La circulación de electricidad a través de
un conductor produce calor. Por el principio
de conservación de energía, 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)
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Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
Trabajo eléctrico
Trabajo eléctrico
Ley de Ohm
υ= RI
I = υ/R
Corriente eléctrica:
I =q/θ [C/s] = [A]
Voltaje:
υ=ΔEp/q [J/C] = [V]
Resistencia eléctrica:
Oposición al paso de la
corriente a través de un
Welec = qυ Pero I =q/ θ entonces q = I θ
conductor R [V/A] = [Ω]
Como I = υ/R
Welec = Iυθ
Potencia eléctrica:
υ2
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P = Welec/θ
Welec = θ
R
Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
Datos experimentales: llenado de las tablas
Tabla1. Registro de Datos Técnicos
Magnitudes:
Voltaje (volts)
Resistencia (ohms)
Δt = tf – ti
Qabs = (mH2OcH2O+ K )(tf – ti)
Tabla 2. Equivalencia Calor-Trabajo
tiempo
(s)
10
Welec
ti
tf ∆t = tf - ti
(J) (ºC) (ºC)
(ºC)
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Qabs
(cal)
J = Welec/Qabs / (J/cal)
υ
Welec = θ
R
2
30
40
etc.
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Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
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
Elaborado por M en C Omar Hernández Segura
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