EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO. Elaborado por M en C Omar Hernández Segura

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1 EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO TRABAJO 1

2 TRABAJO Y SUS VARIEDADES Tipo de trabajo: δw Donde: Unidades δw (J) Expansión-compresión P op dv P op es la presión de oposición dv es el cambio de volumen 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 Eléctrico υdq υ es la diferencia de potencial dq es la variación de carga Pa m 3 N/m m 2 N m V C TRABAJO ELÉCTRICO ENERGÍA QUE DESARROLLA UNA CARGA ELÉCTRICA SOMETIDA BAJO LA ACCIÓN DE UN CAMPO ELÉCTRICO AL MOVERSE ENTRE 2 PUNTOS Welec Welec q = υdq 0 = qυ 1 V = 1 J/C 2

3 EXPERIMENTO DE JOULE James Prescott Joule Midió la cantidad de energía mecánica que se convierte completamente en una cantidad de calor que se mide. 3

4 pérdida de energía mecánica = aceleración masa de las pesas * de la gravedad * altura desde la que caen las pesas = W (Joules) ganancia de energía térmica = masa del agua calor * específico del agua = Q (cal) * aumento de la temperatura del agua La conversión entre la energía mecánica y la energía térmica permanecía constante, es decir: W α Q W = J Q J = J/cal J = W/Q 4

5 Vaso Dewar Método de mezclas 1 Depositar 100 ml de agua fría (temperatura ambiente) en el Dewar Esperar a que se alcance el equilibrio térmico (Dewar-agua) Registrar temp. durante 5 min (t H2O f ) 2 Calentar 400 ml agua hasta que alcance su temperatura de ebullición 3 Tomar 100 ml de agua caliente y registrar su temperatura (t H2O c ) 4 Añadir los 100 ml de agua caliente al Dewar Registrar el tiempo de mezclado Registrar temperatura de la mezcla durante 5 min (t eq ) Vaso Dewar 5

6 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 6

7 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE CALORÍMETRO Determinación de la constante del calorímetro Método de mezclas Método de mezclas Q ganado = -Q cedido Q H2O fría + Q calorímetro = -Q H2O caliente m H2O f c H2O (t eq -t H2O f ) + K (t eq t H2O f ) = - m H2O c c H2O (t eq -t H2O c ) (m H2O f c H2O + K) (t eq -t H2O f ) = -m H2O c c H2O (t eq -t H2O c ) m c ( t t ) H2 O, c H2O H2 O, c eq K = mh2 O, fch2o ( teq th 2 O, f ) 7

8 Capacidad térmica del calorímetro (Constante del calorímetro) Vaciar al gráfico los datos experimentales Temperatura t eq 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 t H20 f y t eq t H2O f = temp. del agua fría y del Dewar antes del mezclado t H2O f t eq = temp. de equilibrio Tiempo de mezclado Tiempo 8

9 Experimento Equivalencia Calor - Trabajo Experimento equivalencia calor-trabajo La circulación de electricidad a través de un conductor produce calor. Por el principio de conservación de energía, la energía eléctrica (W elec ) consumida debe ser igual a la energía térmica producida (Q abs ) W elec = J Q abs Q abs = Q H 2O + Q K Q abs = m H 2Oc H 2O(t eq - t H2O f ) + K (t eq - t H2O f ) 9

10 Trabajo eléctrico Trabajo eléctrico Welec Welec = qυ Pero I =q/ θ entonces q = I θ = Iυθ W elec 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 conductor R [V/A] = [Ω] Como I = υ/r 2 υ Potencia eléctrica: = θ P = W elec /θ R 10

11 Datos experimentales: llenado de las tablas Tabla1. Registro de Datos Técnicos Voltaje (volts) Magnitudes: Resistencia (ohms) Δt = t f t i Q abs = (m H 2Oc H 2O+ K )(t f t i ) Tabla 2. Equivalencia Calor-Trabajo tiempo (s) W elec (J) t i (ºC) t f (ºC) t = t f - t i (ºC) Q abs (cal) J = W elec /Q abs / (J/cal) W elec 2 υ = θ R 40 etc. 11

12 Determinación del equivalente calor-trabajo Equivalencia Calor- Trabajo W elec W [J] W = 4.186Q Q abs Q[cal] Al hacer una gráfica de W elec (J) vs Q abs (cal) la pendiente será el equivalente calor-trabajo J = Joules/caloría 12

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