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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:

EXPERIMENTO

DETERMINACIÓN DE LA

CAPACIDAD TÉRMICA DELCALORÍMETRO(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

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

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 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

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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