Calor Trabajo

EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJO

Objetivo: Introducir el tema de energía y ver las interrelaciones de sus diversas formas de manifestación

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?

PRIMERA PARTE

Manejo de datos:

Masa del agua fría (m_f)= 500 g

Masa del agua caliente (m_c )= 500 g

Capacidad térmica especifica (C_agua )0 1 cal/gºC

Temperatura del agua fría 〖(θ〗_f)= 20 ºC

Temperatura del agua caliente (θ_c)= 80.1 ºC

Datos experimentales:

Tiempo (min) θ inicial (°C) Tiempo (seg) θinicial (°C)

0.5 19.5 5.15 49.5

1 19.7 5.30 49.4

1.5 19.9 5.45 49.4

2 20 6 49.4

2.5 20 6.15 49.2

3 20 6.30 49.1

3.5 20 6.45 49.1

4 20 7 49.1

4.5 20 7.15 49.1

5 20 7.30 49.1

Hoja de cálculo

θ eq K dewar

49.1 32.64 cal/ºC

K_Dewar= (-(M_(ac ) C_agua ∆T)-(M_af C_agua ∆T))/∆T

Donde,

Mac masa de agua caliente

Cagua capacidad térmica específica del agua

Maf masa de agua fría

K=(-(500g ∙1 cal/(g ℃) ∙(49.1-80.1)℃)-(500g ∙ 1 cal/(g ℃) ∙(49.1-20)℃))/((49.1-20)℃)=32.64 cal/℃

Resolución al problema propuesto (primera parte)

Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs. Tiempo. Con ayuda de esta gráfica, determinar la temperatura inicial del agua fría, f, y la temperatura de equilibrio, eq.

Temperatura inicial del agua fría: aprox. 20 ºC

Temperatura de equilibrio: aprox. 50 ºC

¿Cómo se calcula la variación de temperatura (en la determinación de la constante del calorímetro? ¿Por qué?

-Q_Cedido= Q_Ganado+K_Calorímetro∙∆T

El calor ganado es igual al calor cedido por el sistema más la capacidad calorífica del calorímetro multiplicada por la

variación de la temperatura porque esta vez se tomó en cuenta en calor aportado por el calorímetro.

Calcular la constante del calorímetro KDewar

32.64 cal/℃

SEGUNDA PARTE

Manejo de datos

Voltaje = 121 Volts

Resistencia= 22 Ohms

Datos experimentales

Tiempo (s) T inicial (ºC) T final (ºC)

10 24.2 29.5

15 24.5 32.2

20 25.3 35.8

25 27.5 40.8

30 27.1 43.1

35 27.8 45.8

40 30.2 50.9

45 24.5 48.5

50 25.6 51.6

55 25.6 53.6

60 22.9 52.9

65 23.2 55.2

70 22.8 55.8

75 20 55

80 21.2 58.1

85 23 50.1

90 20 50.8

95 22.3 51.4

100 20.2 51.4

Hoja de cálculos:

Tiempo (s) ∆θ (℃) Weléctrico (J) Qabsorbido (cal) Equivalencia W/Q

(Joule/cal)

10 5.3 6545.454545 1603.992 4.080727675

15 7.7 9818.181818 2330.328 4.213218834

20 10.5 13090.90909 3177.72 4.119591748

25 13.3 16363.63636 4025.112 4.065386594

30 16 19636.36364 4842.24 4.055223127

35 18 22909.09091 5447.52 4.205416577

40 20.7 26181.81818 6264.648 4.179295977

45 24 29454.54545 7263.36 4.055223127

50 26 32727.27273 7868.64 4.159203208

55 28 36000 8473.92 4.248328991

60 30 39272.72727 9079.2 4.325571336

65 32 42545.45455 9684.48 4.393158388

70 33 45818.18182 9987.12 4.587727174

¿Cuál es el valor promedio de la equivalencia calor-trabajo?

4.207

Elaborar una gráfica del trabajo realizado (W) vs calor absorbido (Q)

¿Qué tipo de comportamiento

...