Equivalente Electrico

Experimento 2

Equivalente Eléctrico del Calor

Concepto: Energía

Tiempo: 1 h 30 m

Programa Data Studio

EQUIPOS NECESARIOS

• Science Workshop™ Interface

• Una fuente de alimentación capaz de entregar 12V, 3 A (Fuente SF 9584 A)

• Sensor de Temperatura

• Sensor de Voltaje

• Multímetro digital, utilizado como Amperímetro.

• Balanza (para medir masa)

• (2) Conectores

• Resistor para calentar el agua (Lámpara)

• Calorímetro (recipiente de plástico, aislante, tapa, tinta china)

• agua destilada

PROPOSITO

El propósito de este laboratorio es calentar el agua y demostrar que la energía eléctrica disipada por un resistor, inmerso en el agua, es igual a la energía absorbida por el agua. Utilizando la ley de la conservación de la energía es posible obtener el equivalente eléctrico del calor. Ésto es, el número de los joules de energía eléctrica que son equivalentes a una caloría de energía térmica.

TEORIA

El agua es calentada sumergiendo en ella un resistor de calefacción por el cual circula una corriente.

La energía eléctrica entregada al resistor, hace que éste se caliente y este calor es transferido al agua, produciéndose una subida de la temperatura de la misma, la cual es registrada por el sensor de temperatura. Si no hay pérdidas de energía en los alrededores, toda la energía emitida por el resistor es absorbida por el agua (ley de la conservación de la energía). La energía, E, disipada por el resistor es:

E = P t

Donde t es el tiempo durante el cual la corriente atraviesa el resistor y P es la potencia eléctrica entregada al resistor, que está dada por:

P = I V

donde I es la corriente en el resistor y el V es el voltaje aplicado a sus terminales

La energía ganada por el agua y el resto de los componentes del calorímetro ( vidrio de la lámpara, termómetro, recipiente, etc.), esta dada por:

Q= (m c + M C) T

donde m es la masa del agua, M es la masa del resto de los componentes que absorben calor, c es el calor específico del agua (1 cal/g°C), C es el calor especifico promedio del resto de los componentes que absorben calor y T es el cambio de la temperatura del agua y del resto de los componentes que absorben calor

Definiendo el equivalente eléctrico del calor J como:

J = E/ Q

Osea J = V i t / (m c + M C) T

Como T = T - To

Al despejar T en funcion de t se obtiene T =( V i / (m c + M C)J) t + To

Dicha relación corresponde a una relación lineal de la forma T = a t + b

En que a = pendiente = = V i / (m c + M C)J

b = termino constante = To

Conocidos m, V, i, c, MC, y la pendiente a del grafico de T en función de t es posible calcular J

PROCEDIMIENTO

En esta actividad, una fuente de poder proporciona energía eléctrica a un resistor de calefacción mediante un voltaje aplicado en los terminales del resistor La energía disipada por el resistor calienta una cantidad medida de agua. El sensor de temperatura mide el cambio en la temperatura del agua. El sensor de voltaje mide el voltaje aplicado al resistor. El amperímetro mide la corriente a través del resistor

Mediante el Programa se registra el voltaje proporcionada por la fuente al resistor de calefacción así como también la temperatura del agua. La energía térmica ganada por el agua se calcula conociendo la masa del agua calentada y su cambio de temperatura. La energía eléctrica (en joule) se iguala a la energía ganada por el agua (en calorías) para determinar el equivalente eléctrico del calor.

PARTE I: Configuración del Computador

1. Conecte la interface Science Workshop al computador, encienda la interface y luego el computador.

2. Conecte el Sensor de Temperatura al canal análogo A en la interface y el sensor de voltaje al canal B.

3. Configure el experimento como sigue:

• En el Data Studio, lleve el sensor de voltaje al canal A de la interface

• En el Data Studio, lleve el sensor de temperatura al canal B de la interface

• Encienda la fuente de poder, y elija un voltaje CC, de 8 V. Configure el grafico de Voltaje (entre 0 y 10V) en función del tiempo (entre 0 y 240 s)

• Configure el grafico de Temperatura (de 10 y 70 oC) en función

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