EFECTO DE JOULE

Jennifer Maca (1425743), Aleja Ortega (1426926), Liliana Bueno (1425884), Gabriela Mosquera (1423427)

Facultad de ciencias naturales y exactas, Departamento de Química, Universidad del Valle.Fecha de Realización de laboratorio: 27 de abril del 2015.

Fecha de entrega del informe: 4 de mayo del 2015Presentado a: Cesar Agudelo

RESUMEN Se determinó el equivalente mecánico del calor (J) por medio de un calorímetro y diferen-tes masas de agua, el agua, que se encontraba en el calorímetro se le aumento la tempe-ratura por medio de una resistencia por la cual recorría una corriente I que variaban entre 3,5 y 4,0 A, el incremento en la temperatura se registraba constantemente con un termó-metro durante un tiempo de 1,5 minuto con el fin de observar la relación entre el incre-mentito de la temperatura y el tiempo para poder obtener un valor de J para cada experi-mento y probar la valides de la Ley de Joule.

INTRODUCCIÓN

El calentamiento de los conductores por el paso de la corriente eléctrica fue uno de los primeros efectos observados por los científicos estudiosos de los fenóme-nos eléctricos, sin embargo, habría de pasar algún tiempo antes de que se co-nociera la magnitud de tal efecto calorífi-co y los factores de los que depende. Ja-mes Prescott Joule (1818-1889) se inte-resó desde joven en la medida de tempe-raturas de motores eléctricos, lo que le permitió hacia 1840 encontrar la ley que rige la producción de calor por el paso de una corriente eléctrica a través de un conductor. La ley de Joule establece que la cantidad de calor producida es directa-mente proporcional a la resistencia R del conductor, al cuadrado de la intensidad de corriente I que lo atraviesa y al tiempo t. es decir

Q=I ² Rt(1)

El efecto calorífico, también llamado efecto Joule, puede ser explicado a partir del mecanismo de conducción de los electrones en un metal. La energía disi-pada en los choques internos aumenta la

agitación térmica del material, lo que da lugar a un aumento de la temperatura y a la consiguiente producción de calor. La ley de Joule, por su parte, puede ser en-focada como una consecuencia de la in-terpretación energética de la ley de Ohm. Si I.R representa la energía disipada por cada unidad de carga, la energía total que se disipa en el conductor en forma de calor, cuando haya sido atravesado por una carga q, será:

Q=qIR(2)

En éste efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras y las calefaccio-nes eléctricas, y algunos aparatos em-pleados industrialmente como soldado-ras, entre otros, en los que el efecto útil buscado es, precisamente el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que los aparatos eléctri-cos y electrónicos necesitan un ventila-dor que disminuya el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los di-ferentes dispositivos como podían ser los circuitos integrados.

MODELO TEÓRICO

Basándose en la ley de Joule y en el principio de la conservación de la energía se determinó experimentalmente el equi-valente mecánico del calor J. Las ecua-ciones aplicadas fueron:

W =∫ Pdt=VI ( t f−t i )(3)Mc=M agua cagua+M cal ccal(4)

J=[WQ ]=[ VI

∑ Mc∆ t∆ T ](5)

(∑ Mc )∆ T=1J

(VI ) ∆ t (6)

m=1J

VIMc

(7)

%Error=|Valor Real−Valor Experimental|

Valor Real×100

(8)

Detalles Experimentales

Se le midió a una cantidad de agua la temperatura y su masa por medio de una termómetro de ± 0,1°C y una balanza de ±0,1g, respectivamente, ésta cantidad de agua fue vertida en un recipiente de aluminio denominado calorímetro al cual se le mido la masa por medio de una balanza de ± 0,1g, en éste se encontraba una resistencia eléctrica. El calorímetro se conectó por medio de cables de conexión a una fuente de potencia, a un reóstato y a un multímetro, con el fin de hacer pasar una corriente eléctrica por medio de la resistencia, transformar esa energía eléctrica a energía calórica, y conocer la corriente que circulaba por la resistencia. Al pasar un tiempo definido la temperatura del agua se incrementaba con respecto a la temperatura inicial, estas nuevas temperaturas se midieron con un termómetro de ± 0,1°C. El anterior procedimiento se realizó para cuatro diferentes masas de agua. Los

valores de las temperaturas, las masas de agua y el calorímetro, los tiempos, las corrientes y las diferencias de potencias se observan en las siguientes tablas: