Efecto Joule
ÍNDICE
OBJETIVOS
MARCO TEÓRICO
ANÁLISIS Y PREGUNTAS BASE
PREGUNTAS PARA REFLEXIONAR
SUGERENCIAS PARA EL ANÁLISIS
OBJETIVOS
EN ESTA EXPERIENCIA
SEREMOS CAPACES DE:
ü Estudiar la transferencia de energía entregada por una
resistencia y el medio en el que está sumergida (agua
en este caso).
ü Comprobar empíricamente el Efecto Joule.
ü Medir el equivalente eléctrico del calor.
MARCO TEÓRICO
INTRODUCCIÓN
• Parte de los muchos experimentos de Joule
demostraron que no sólo la energía calórica (o
térmica) permite elevar la temperatura de una
sustancia.
• Una conclusión de sus resultados es que
cualquier forma de energía suministrada a un
sistema puede realizar el mismo efecto, (ejemplo:
elevar la temperatura).
• Así definió el equivalente mecánico del calor J, es
decir, el número de Joules que se necesitan para
aumentar, en un grado ºC, la temperatura de un
gramo de agua, mediante la utilización de un
trabajo mecánico.
Figura 1: James Prescott Joule
MARCO TEÓRICO
EFECTO JOULE
• Si se sumerge una resistencia eléctrica en un recipiente
lleno de agua, por la que circula corriente, entonces el
agua a su alrededor podrá aumentar su temperatura.
• Esto sucede debido al calor disipado por el efecto
Joule. Este es un fenómeno por el cual si en un
conductor circula una corriente eléctrica, parte de la
energía cinética de los electrones se transforma en
calor.
• De esa manera, utilizando el Principio de Conservación
de Energía, toda la energía liberada por la resistencia es
absorbida por el agua. Esto asumiendo que no existe
pérdidas de calor hacia el exterior (tampoco por
radiación).
Figura 2: Diagrama resistencia en agua
MARCO TEÓRICO
CONSERVACIÓN DE ENERGÍA
• Se tiene que la energía disipada por una
resistencia es
#%
!=$
(')
Con % es el tiempo que circula la corriente en el
# es la potencia promedio.
circuito y $
• Por otro lado, la potencia promedio es
#=)
# +*
$
(,)
# es el voltaje promedio del sistema y +* es la
Con )
intensidad de corriente promedio del sistema.
Figura 3: Circuito
MARCO TEÓRICO
CONSERVACIÓN DE ENERGÍA
• La cantidad de calor generado en ese tiempo se invierte en elevar, no sólo la
temperatura del agua, sino que también las paredes del recipiente y otros elementos
del calorímetro.
• Si asumimos que la temperatura inicial del sistema es !" y, luego de que se le
entrega un calor determinado, alcanza una temperatura !# , entonces el calor
absorbido por el agua será
$ = & ' ( ' !# − !"
(+)
Con m la masa de agua del recipiente, c el calor específico del agua.
MARCO TEÓRICO
CONSERVACIÓN DE ENERGÍA
• De esta forma, al igualar las ecuaciones 1 y 3, es posible encontrar el equivalente
eléctrico del calor ( !" ). Este corresponde al número de los joules de
energía eléctrica que son equivalentes a una caloría de energía térmica. El
cálculo corresponde a
$
!" =
(')
%
• Finalmente, el valor tabulado para el agua es !" = ', *+' !/-./.
ANÁLISIS Y PREGUNTAS BASE
ANÁLISIS
1.- Calcula la energía disipada (en Joules) por la resistencia durante el tiempo de
circulación de la corriente. Además, calcule la energía absorbida (en calorías) por el agua
y obtenga una proporción entre ambas cantidades. Calcule la diferencia porcentual entre
el valor teórico y el experimental.
2.- Analice la pendiente del gráfico Temperatura vs tiempo y comente lo que obtiene.
Además, obtenga el equivalente eléctrico del calor a través de la pendiente y compare
con los resultados anteriores.
3.- Considere que el calorímetro es de aluminio (!"# = %, '() !*#/(- . º0)). ¿De qué manera
influye en el valor de 12 al estar este dispositivo en agua?
ANÁLISIS Y PREGUNTAS BASE
PREGUNTAS BASE
1.- La energía que gana el sistema agua-calorímetro resultó ser: ¿mayor o menor que la
energía cedida por la resistencia?
2.- Considere que la resistencia usada es de 6 W aprox. ¿Cuál fue la potencia característica
disipada por la resistencia en el experimento? ¿Cuánto mayor o menor fue? ¿Qué debería
haber pasado?
3.- ¿Por qué la resistencia no se quemó en el agua?
4.- ¿Qué error se pretende minimizar al tomar un promedio del voltaje?¿Por qué podría
variar si usamos una corriente constante?
5.- ¿Qué puede decir sobre las diferencias porcentuales entre los valores obtenidos para el
equivalente?
6.- Indique cuáles son las posibles fuentes de error en el experimento.
PREGUNTAS PARA REFLEXIONAR
• ¿Cómo cambiarían los resultados al usar un revestimiento de aislación en el
calorímetro?
•
¿Solamente hay errores experimentales?
SUGERENCIAS PARA EL ANÁLISIS
1. Organice sus resultados en tablas correctamente rotuladas, respetando las
unidades de medida.
2. Realice un Análisis y Discusión de Resultados considerando responder más
allá de las preguntas propuestas en cada experimento. De ser necesario, cite
fuentes bibliográficas externas.
3. Recuerde que cada experimento está sometido a errores de tipo Sistemáticos
y Aleatorios, por lo cual su análisis SIEMPRE debe considerarlos.
4. Recuerde realizar sus conclusiones destacando los resultados más relevantes
de los experimentos realizados, evitando apreciaciones subjetivas y cuidando
resumir todo lo realizado.
