Equivalente eléctrico del calor

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Equivalente eléctrico del calor

  1. 1. Equivalente Eléctrico del Calor Erick Conde Paralelo: 2OBJETIVOSObservar la conservación de la energía en una transformación de energía eléctrica enenergía térmica.RESUMENEn esta práctica como lo dice su nombre observamos el equivalente eléctrico del calormediante experimentación y lo que comprobamos es que nunca hay un rendimiento de100% en la transferencia de energía eléctrica a calorífica.Esto se lo pudo comprobar ya que la temperatura iba aumentando poco a poco hastallegar a una temperatura constante pero si hubiera existido un traspaso del 100% deenergía la temperatura hubiera subido repentinamente (mas rápido) hasta llegar a latemperatura constante.Otra cosa de las que pudimos observar de la practica fue que después de los 41ºC latemperatura se estabilizo y no subió mas eso quiere decir que con ese voltaje, esa eratoda la energía calorífica que podía producirse.INTRODUCCIÓNEl principio de conservación de la energía nos dice que si una dada cantidad de Energíade algún tipo se transforma completamente en calor, la variación de la energía térmicaresultante debe ser equivalente a la cantidad de energía entregada. En este experimentobuscamos demostrar la equivalencia entre la energía entregada a un sistema y el calor enque se convierte. Si la energía se mide en Joules y el calor en calorías, nos propondremostambién encontrar la equivalencia entre estas unidades. La relación cuantitativa entreJoules y calorías se llama, Je, equivalente eléctrico (o mecánico) del calor.La ley de la conservación de la energía exige que la energía se transforme de una a otrasin perdida. Esto significa que un joule de energía potencial, cuando se convierte enelectricidad, debe volverse un joule de energía eléctrica. Un joule de energía eléctrica,cuando se convierte en energía térmica, debe producir un joule de energía térmica. Lapotencia eléctrica es P=IV donde I es la corriente en amperios, y V es la diferencia depotencial en voltios. La energía eléctrica es la potencia multiplicada por el tiempo, de
  2. 2. Equivalente Eléctrico del Calor Erick Conde Paralelo: 2modo que E=PT=IVT, donde E es la energía en joules y T es el tiempo en segundos. Laenergía térmica en el agua puede escribirse como Qw = MwCw∆Tw donde Q es laenergía térmica en joules, M es la masa del agua, Cw es el calor especifico del agua y ∆Twes el cambio de temperatura del agua.En este experimento, usted medirá la cantidad de energía eléctrica convertida en energíatérmica mediante una bobina eléctrica calefactora sumergida en agua, como se muestraen la figura 1. Al mismo tiempo, medirá la cantidad de calor absorbido por una masaconocida de agua. El calorímetro, tiene un calor específico mínimo y no absorberáenergía térmica. Sus resultados deben indicar que la energía térmica transferida al agua esigual a la energía eléctrica consumida en la bobina.Para minimizar el efecto de la perdida de calor a la atmosfera, es mejor calentar el aguael mismo número de grados arriba de la temperatura ambiente que tenia por debajo deesta antes de iniciar el calentamiento. De ese modo, si usted empieza con agua a 10ºC yla temperatura ambiente es 20ºC, la temperatura final del agua debe ser 30ºC. en estaforma, cualquier calor ganado por los alrededores mientras las temperaturas sonmenores que la temperatura ambiente, es probable que se compense por una pérdida decalor igual cuando las temperaturas sean más altas que la temperatura ambiente.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALMida la masa del calorímetro y registre este valor en su informe. Anote la temperaturaambiente en el informe en el informe. Llene aproximadamente dos tercios del vaso conagua.Mida la masa del vaso más el agua. Registre este valor, calcule la masa del agua y anoteeste valor en el informe de esta práctica.Arme el circuito, como se muestra en la figura 2. Si tiene una fuente de poder ajustable,el reóstato está integrado en ella, en vez de estar separado. Asegúrese de que la bobina seencuentra sumergida en el agua. En caso contrario, añada más agua y repita el pasoanterior.Después de que el profesor haya revisado el circuito, cierre el interruptor. Ajuste elreóstato hasta que el flujo de corriente sea de 2 a 3 A. abra el interruptor de inmediato.
  3. 3. Equivalente Eléctrico del Calor Erick Conde Paralelo: 2Agite el agua suavemente con el termómetro. Léala temperatura inicial del agua. Anoteeste valor en el informe. Prepárese para tomar el tiempo de sus lecturas.Cierre elinterruptor.Cada minuto lea los valores en el amperímetro y en el voltímetro y regístrelos en suinforme. De vez en cuando agite suavemente el agua y, si es necesario, ajuste el reóstatopara mantener un flujo de corriente constanteObserve continuamente la temperatura del agua para determinar cuando alcanza losgrados por encima de la temperatura ambiente que tenia por debajo de esta antes deiniciar el experimento.Agite suavemente el agua hasta que adquiera una temperatura constante. Anote latemperatura final del agua en su informeDetermine la corriente promedio y el voltaje promedio. Registre estos valores en elinforme.
  4. 4. Equivalente Eléctrico del Calor Erick Conde Paralelo: 2RESULTADOSAnote los datos obtenidos en este experimento Masa del calorímetro 400 gr Masa del agua y el vaso 205 gr Masa del agua 155 gr Temperatura inicial del agua 27ºC Temperatura ambiente 28ºC Temperatura final del agua 41ºC Cambio en la temperatura del agua 14ºC Corriente promedio 2.1 A Voltaje promedio 4.9 VAnote los valores de corriente y voltaje obtenidos durante la realización de esteexperimento. Tiempo(min) Corriente(A) Voltaje(V) 1 2.1 4.9 2 2.1 4.9 3 2.1 4.9 4 2.1 4.9 5 2.1 4.9 6 2.1 4.9 7 2.1 4.9 8 2.1 4.9 9 2.1 4.9 10 2.1 4.9 11 2.1 4.9 12 2.1 4.9 13 2.1 4.9 14 2.1 4.9 15 2.1 4.9
  5. 5. Equivalente Eléctrico del Calor Erick Conde Paralelo: 2ANALISISDetermine la energía eléctrica consumida en la resistencia, empleando E =IVt.I = 2.1 A E = (2.1)*(4.9)*(900)V = 4.9 V.t = 900 seg. E = 9261 JDetermine el calor absorbido por el agua, utilizando , donde es 4.18 J/g.°C. = 155 g (155)*(4.18)*(14) = 14 °C 9070.6 JEncuentre la diferencia relativa entre la energía eléctrica consumida y la energía térmicaabsorbida por el agua. Utilice la diferencia % = (E - )(100%)/E 9261 90706 . %= * 100 % 9261 % = 2.05Tomando en cuenta el aparato que utilizo, señale por qué no se obtuvo una concordanciaexacta en la pregunta anterior. Considere la bobina calefactora al dar su respuesta.La bobina calefactora absorbe una cantidad específica de energía pero al ser transferida el aguaparte de ese calor producido por la bobina se transfiere aunque sea mínima al calorímetro porende afecta al resultado final.¿La concordancia obtenida fue suficiente para indicar que, en condiciones ideales, usted hubieraencontrado una concordancia exacta en el intercambio de energía? Explique su respuesta.Sí, porque si tuviéramos instrumentos de medición con más precisión y repitiéramos mas de unaocasión el experimento, vamos a obtener un resultado que se ajuste más a lo esperado.
  6. 6. Equivalente Eléctrico del Calor Erick Conde Paralelo: 2¿Qué porcentaje de la energía eléctrica fue convertida en energía térmica en el agua? E=9261 100% Q=9070.6 X X=Una bobina calefactora de inmersión de emplea para hervir 90. Ml de agua de una tazade te. Si el valor nominal de la bobina de inmersión es de 200 W, encuentre el tiemponecesario para llevar esta cantidad de agua, inicialmente a 21°C, hasta el punto deebullición. E = Q = (90)*(4.18)(100 – 21) = 29719.8 JP = 200 W ⇒ t = 148.59 seg
  7. 7. Equivalente Eléctrico del Calor Erick Conde Paralelo: 2DISCUSIÓNEn esta práctica no hubo muchos errores ya que básicamente lo que hacíamos era armarel circuito después verificar que el circuito estuviera bien armado con la ayuda delprofesor o el ayudante para luego encenderlo e ir registrando los cambios detemperatura por cada minuto hasta que la temperatura se mantenga constante.En los únicos punto o procesos donde pudo haber errores fueron al haber tomado malel tiempo al registrar las temperatura para llenar el informe de esta práctica pero aun asíla variación de temperatura en esos segundos era muy poca como para registrarla.Otro de los posible errores de esta práctica fue en el momento de que estábamosregistrando las temperaturas la corriente subía por segundos hasta que uno de losmiembros del grupo se daba cuenta y estabilizaba la fuente para que la corriente y elvoltaje vuelvan a ser los mismos pero así como el registrar las temperaturas el valor deeste error era muy pequeño como para colocarlo en la tabla de datos.CONCLUSIONESSe cumplió con el objetivo de la practica que era el de observar la conservación de laenergía en una transformación de energía eléctrica en energía térmica y una de las cosasque se puede concluir es que nunca hay un rendimiento del 100% en la transferencia deenergía eléctrica a calórica ya que esto se lo comprobó mediante el experimento en elque íbamos registrando la temperatura a cada minuto hasta que llego a una temperaturaconstante en la que no se elevo mas.BIBLIOGRAFIASears. F. Zemansky, M. Young, H. Freedman, R. University Physics, - 10th.Francisco:Addison Wesley, 2000.Castro, D; Olivo A.; Física -Electricidad para estudiantes deIngeniería Notas de Clase,Ediciones Uninorte, Barranquilla, Colombia, 2008

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