LABORATORIO DE FÍSICA II

PRÁCTICA Nº 8

EQUILVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

DOCENTE: Rudy Guaraz Villegas

ESTUDIANTE: Fernando Ismael Flores Miranda

GRUPO: Martes, 12:45-14:15

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 25.09.12

FECHA DE ENTREGA DE INFORME: 02.10.12

NÚMERO DE CELULAR: 73072750

NÚMERO DE TELÉFONO: 2226049

LA PAZ-BOLIVIA

II-2012

Equivalente eléctrico del calor

1. Objetivos

1.1 Objetivo general

Determinar experimentalmente el equivalente mecánico del calor.

1.2 Objetivos específicos

Comparar el valor del equivalente mecánico experimental con el teórico.

2. Fundamento Teórico

Joule, en 1845, demostró experimentalmente que la energía mecánica en un proceso es equivalente a la cantidad de calor producido.

La cantidad de calor producida se puede calcular midiendo el aumento de temperatura del agua, y sería:

Q= m · ce · (T2 - T1) (1)

Por otro lado, el trabajo producido por la manivela de vuelta completa para realizar la comparación respectiva se da por la siguiente fórmula:

(2)

Donde:

(3)

Y:

(4)

Por lo tanto el trabajo total ejercido es:

(5)

Con esta experiencia, Joule demostró que siempre que se realizaba una misma cantidad de trabajo, se obtenía la misma cantidad de calor: W = Q.

La relación entre la cantidad de calor producido y el trabajo realizado es una constante llamada equivalente mecánico del calor.

Si expresamos el calor en calorías y el trabajo en julios:

1 cal = 4,18 J

Y la relación inversa es:

1 J = 0,24 cal

Y de esa manera es posible definir el equivalente mecánico del calor J definido como:

3. Procedimiento

En la práctica de laboratorio se realizó el siguiente procedimiento descrito a continuación:

Primero se armó el equipo en el extremo de la mesa, tensando y enrollando mediante una cuerda y de manera adecuada las dos masas del recipiente y del cilindro previamente enfriado. Posteriormente se procedió a conectar los terminales del termistor a los terminales

del Ohmetro. Después del armado completo del sistema, se procedió a realizar las 1500 vueltas de la manivela registrando los datos de las resistencias inicial y final además de los otros datos como las masas correspondientes y el radio del cilindro para poder de esa manera, una vez hallados el trabajo realizado y el calor producido, encontrar el equivalente mecánico del calor.

4. Datos experimentales

Entre los datos proporcionados por el docente y los datos registrados después de realizar la experimentación se obtienen los siguientes datos resumidos en la tabla 1:

TABLA 1: DATOS EXPERIMENTALES PARA DETERMINAR EL EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

g( )9.78

M(kg) 0.7495N(vueltas) 1500

c0.22

r(m) 0.024m(kg) 0.2022

(KΩ) 246

(KΩ)159.5

En la tabla presentada se ven 7 filas donde se muestra la gravedad, el peso del recipiente, el número de vueltas que dio la manivela, la capacidad calorífica del aluminio, la masa del

cilindro, el radio del cilindro y por último la resistencia inicial y final del sistema.

5. Análisis de datos

5.1 Cálculos adicionales

Conocidos los datos experimentales de las resistencias inicial y final es posible mediante interpolación hallar los datos de las temperaturas inicial y final de la siguiente manera:

Para el aluminio las resistencias inicial y final son:

Y dados los datos proporcionados teóricamente:

Es posible calcular las temperaturas inicial y final reales para los valores de las resistencias registradas:

Temperatura inicial.

Temperatura final

Hallados los datos de las temperaturas inicial y final se encuentra el calor producido con la ecuación (1) de la siguiente manera:

Q= m · ce · (Tf – Ti)

De manera similar se calcula el trabajo realizado por la manivela con ayuda de la ecuación (5):

Y por último se calcula la relación necesaria para hallar la equivalencia entre joules y calorías de la ecuación (6):

5.2 Comparación de datos teóricos y experimentales

Dados los datos experimentales y los cálculos teóricos del equivalente mecánico del calor:

Se puede realizar la comparación entre estos dos datos, y de esa manera hallar el error o diferencia en la que se incurrió en la presentación:

6. Conclusiones y recomendaciones

Se determinó experimentalmente la energía emitida por el sistema y el trabajo realizado por el mismo determinando satisfactoriamente el equivalente mecánico experimental del calor.

Conocido el equivalente mecánico experimental yrealizado el análisis correspondiente se puede comprobar que este dato no difiere en casi nada al valor teórico con un error menor al 5%, por lo que se verifica este dato teórico con la experimentación realizada y se califica como válida la experimentación.

Dado que el error es muy pequeño se considera que prácticamente no se cometieó ninguno, pero es necesario recalcar que existen factores que influyen en los resultados de la experimentación como posibles errores en el contador que tuvo marcaciones deficientes en el número de vueltas, otro factor importante a remarcar es el hecho de que las vueltas en la manivela deberían darse a una velocidad constante lo cual no se dio porque varió mucho dado que no lo hizo sólo una persona y por último otro factor nada menos importante se muestra al no haber tomando en cuenta la temperatura ambiente que influye de alguna manera en los resultados.

Por otra parte se puede concluir que a mayor número de vueltas de la manivela el valor del equivalente mecánico del calor experimental se asemeja mucho más al valor teórico conocido en tablas.

7. Referencia bibliográfica

Serway, Jewett -(2008)-FISICA para ciencias e ingeniería-Cengage Learning-Mexico.

Huayta Eduardo, Alvarez Alfredo-(2008)-Medidas y errores-Catacora-Bolivia. Nathaniel Frank- Introducción a la mecánica y calor. http://www.fis.unitru.edu.pe/index.php?option=com_docman&task http://galia.fc.uaslp.mx/~medellin/practicas/equivalente.doc