Aplicaciones De Termodinámica

El equivalente mecánico del calor es la equivalencia entre dos unidades en que se mide la energía: la kilocaloría que es empleada para medir la cantidad de calor y los kilogramos fuerza-metro que es empleada para medir el trabajo mecánico.

Equivalente mecánico del calor: A= 427 Kgf.m/kcal

Se tardó bastante tiempo en comprender cuál es la naturaleza del calor. En un primer momento se pensaba que el calor era un fluido que impregnaba los cuerpos y era responsable del calor que éstos intercambiaban al ser puestos en contacto.

Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no es más que una forma de energía, y que se podía obtener de la energía mecánica. Este experimento se conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.

Antes de este experimento se pensaba que el calor y la energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades en que se medían eran distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría.

CALORÍA: es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada desde 14.5 grados C a 15.5 grados C.

El descubrimiento de joule llevó a la teoría de la conservación de la energía lo que condujo al desarrollo del primer principio de la termodinámica. El principio de la conservación de la energía nos plantea la equivalencia entre calor y trabajo mecánico. Para los casos en donde suponemos que toda la energía mecánica puede convertirse en calor, podemos obtener el valor numérico de esta relación o equivalencia.

El trabajo normalmente se mide en joule y la energía térmica o calor es medido en unidades calorías. Esta relación de equivalencia es llamada “Equivalente Mecánico del calor”.

Medición de la temperatura con el termistor:

Para medir la temperatura del cilindro de aluminio, un termistor está colocado dentro del mismo. Si la resistencia del termistor es conocida, su temperatura puede ser determinada con mucha precisión. A través de la tabla de funcionalidad puede determinarse la temperatura en función de la resistencia medida. Los cables del termistor en el cilindro están soldados a dos anillos rodantes y un par de escobillas proveen una conexión eléctrica entre los mismos y los conectores para fichas bananas. Enchufado el Óhmetro a los conectores, la resistencia del termistor puede ser medida aun cuando el cilindro esté girando.

La temperatura obtenida a través del termistor es precisa y confiable, pero no es lineal; por ello es necesario usar la tabla “temperatura versus resistencia”.

Voy a poner algunos ejemplos de cálculos:

1._ Cálculo del Trabajo (W)

El torque τ ocasionado por la fricción de la cuerda es fácilmente calculable:

τ = M g R

M: masa colgada

G: aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2

R: radio del cilindro

El ángulo θ girado por el cilindro en una vuelta es 2π. El trabajo total desarrollado en N

Vueltas es:

W = τ θ = M g R 2 π N N: número de vueltas girados por la manivela

Cálculo del calor transferido (Q)

El calor producido por fricción contra el cilindro de aluminio es determinado por el cambio

De temperatura registrado, como:

Q = m c (tf - ti)

M: masa del cilindro de aluminio

C: calor especifico del aluminio = 0,220 cal / g ºC

Tf: temperatura final del cilindro

Ti: temperatura inicial del cilindro

Calculo de J ⇒ Equivalente mecánico del calor

J es la relación entre el trabajo realizado y el calor producido:

J = W/Q

CONCLUSIONES:

- el calor y la energía mecánica pueden expresarse en la misma

...