Equivalente Electrico Del Calor

Laboratorio Física 2 B&G 2do Cuatrimestre 2006

Equivalente eléctrico del calor

Objetivo

Estudio de la relación entre el trabajo eléctrico y el calor y determinación de la relación

entre el Joule y la caloría.

Introducción

El principio de conservación de la energía nos dice que si una dada cantidad de energía de

algún tipo se transforma completamente en calor, la variación de la energía térmica

resultante debe ser equivalente a la cantidad de energía entregada. En este experimento

buscamos demostrar la equivalencia entre la energía entregada a un sistema y el calor en

que se convierte. Si la energía se mide en Joules y el calor en calorías, nos proponemos

también encontrar la equivalencia entre estas unidades. A la relación cuantitativa entre

Joules y calorías la llamaremos equivalente eléctrico (o mecánico) del calor, y la

denominaremos Je. Recordamos que Joule es la unidad de energía del Sistema Internacional

de unidades: 1 J = 1 N-m; y una caloría es lacantidad de calor que hay que suministrar a un

gramo de agua para elevarle la temperatura 1 ºC (desde 14.5 ºC hasta 15.5 ºC).

Calorímetro

Un dispositivo muy útil para los experimentos de termodinámica es el calorímetro de

mezclas, que consiste en un recipiente con una buena aislación térmica y que contiene un

líquido (por lo regular agua), un termómetro y otros elementos, como un agitador y un

calefactor (resistencia eléctrica). No debemos olvidar que el calorímetro participa como

parte integrante en los procesosde transferencia de calor que se realicen enél y por tal

motivo es importante caracterizar su comportamiento térmico. Si por algún método

suministramos una cantidad de calor Q al sistema, la temperatura del calorímetro aumentará

una cantidad ΔT. La relación entre estas cantidades será:

( )

{} () )1(

)1(

)1( . . .

c TMmcQ

b T

c

mcmc

mcQ

a TmcmcmcQ

eq agua agua

agus

xxxx termom termom

agua agua

xxxx termom termom agua agua

Δ+ =

Δ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎪

⎭

⎪

⎬

⎫

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧ +

+ =

Δ + + =

Aquí, cagua es el calor específico del agua, ctermo representa el calor específico del

termómetro y cxx el calor específico del recipiente, agitador y demás elementos dentro del

calorímetro, estos dos últimos desconocidos engeneral. Las masas correspondientes son:

magua, mtermo y mxx. Para un dado calorímetro, el término entre llaves de (1b) es una

constante con dimensión de masa, y puede agruparse en una sola contante Meq, que se

designa como el equivalente en agua del calorímetro. Meq tiene un significado físico

simple: representa una masa de agua cuya capacidad calorífica es igual a la del conjunto

constituido por el termómetro, recipiente, agitador y todos los demás componentes del

calorímetro.

Desarrollo de la práctica

El principio de este experimento consiste en suministrar energía eléctrica a un calefactor

(resistencia eléctrica) sumergido en agua contenida dentro de un calorímetro y medir el

calor desarrollado. Como calefactor puede usarse un calentadorde inmersión (Figura 1).

Cuando por el calefactor o resistencia circula una corriente eléctrica I y se desarrolla en él

una diferencia de potencial V, la potencia P que disipa el calefactorpor efecto Joule está

dada por:

...