Equivalente Calor-trabajo

Primera parte: Determinación de la capacidad térmica del calorímetro

Tabla 1.

Datos Experimentales

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

0.5 23.7 5.15 46.7

1 23.7 5.30 46.7

1.5 23.7 5.45 47.1

2 23.7 6 47.1

2.5 23.7 6.15 47.0

3 23.7 6.30 47.0

3.5 23.7 6.45 46.3

4 23.7 7 46.7

4.5 23.7 7.15 46.5

5 23.7 7.30 46.5

Resultados:

Hoja de calculo

θ eq K dewar

46°C 52.46 cal/°C

Obtencion de K (constante del calorímetro):

Datos:

Masa del agua fría 100g

Masa del agua caliente 100g

Capacidad térmica especifica del agua 1 cal/g°C

Temperatura del agua fría 23.7°C

Temperatura del agua caliente 80°C

Q_ganado=〖-Q〗_cedido

Q_(H2O fría)+Q_K=Q_(H2O caliente)

m_(H2O fría)*C_(esp H2O)*ΔT+KΔT=-m_(H2O caliente)*C_(esp H2O)*ΔT

Se despeja K:

K=(-m_(H2O caliente)*C_(esp H2O)*ΔT-m_(H2O fría)*C_(esp H2O)*ΔT)/ΔT

ΔTagua caliente = 46°C – 80°C = -34°C

ΔTagua fría = 46°C – 23.7°C = 22.3°C

K=(-(100g*1 cal/(g°C)*-34°C)-(100g*1 cal/(g°C)*-22.3°C))/(22.3°C)=52.45 cal/(°C)

Segunda parte: Determinación del equivalente calor-trabajo.

Tabla 2.

Datos Experimentales

Tiempo (s) T inicial (°C) T final (°C)

10 24.4 24.4

15 24.4 24.5

20 24.4 27.2

25 24.4 31.1

30 24.4 32.5

35 24.4 33.3

40 24.4 36.1

45 24.4 37.3

50 24.4 39.3

55 24.4 41.3

60 24.4 43.5

65 24.4 44.5

70 24.4 48.5

75 24.4 49.7

80 24.4 51.5

85 24.4 53.0

90 24.4 60.0

95 24.4 65.2

Voltaje: 128.3 volts

Resistencia: 23.3 ohms

P=W_eléctrico/tiempo [1]

W_eléctrico=P*t [2]

P=V*I [3]

Ley de ohm:

V=R*I [4]

Despejamos intensidad de corriente de la ley de ohm:

I=V/R [5]

Ahora sustituimos la ecuación 5 en la 3

P=V(V/R)→P=V^2/R [6]

P=〖128.3V〗^2/23.3Ω=706.476 V^2/(V/A)=706.476V*A=706.476 W

El trabajo eléctrico es calculado a partir de la ecuación 2:

Para el tiempo 15:

W=706.47 J/s*15s=10597.14 J

Tabla 3.

Tiempo (s) Weléctrico (J)

10 7064.76

15 10597.14

20 14129.52

25 17661.9

30 21194.28

35 24726.66

40 28259.04

45 31791.42

50 35323.8

55 38856.18

60 42388.56

65 45920.94

70 49453.32

75 52985.7

80 56518.08

85 60050.46

90 63582.84

95 67115.22

Balance de energía:

Q_cedido+Q_absorbida=0

Q_(rest.)+Q_H2O+Q_K=0

Q_abs=Q_H2O+Q_K

Q_H2O=m_H2O*C_(esp H2O)*ΔT_H2O

QH2O = (300g) (1cal/g°C) (24.4°C – 27.2°C) = 840 cal

Q_K=KΔT_K

Q_K=52.46 cal/(°C)*23.7°C=1169.8558 cal

Tabla 4.

T inicial (°C) T final (°C) Tf – Ti (°C) QH2O (cal) Qabs = QH2O +QK (cal)

24.4 24.4 0 0 1169.8558

24.4 24.5 0.1 30 1199.8558

24.4 27.2 2.8 840 2009.8558

24.4 31.1 6.7 2010 3179.8558

24.4 32.5 8.1 2430 3599.8558

24.4 33.3 8.9 2670 3839.8558

24.4 36.1 11.7 3510 4679.8558

24.4 37.3 12.9 3870 5039.8558

24.4 39.3 14.9 4470 5639.8558

24.4 41.3 16.9 5070 6239.8558

24.4 43.5 19.1 5730 6899.8558

24.4 44.5 20.1 6030 7199.8558

24.4 48.5 24.1 7230 8399.8558

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