Práctica de Termodinámica: Equivalente Mecánico del Calor.

Universidad La Salle Facultad de Ingeniería. Miguel L. Toledano. Práctica 3. 1 Resumen — La primera ley de la termodinámica, conocida también como el principio de conservación de la energía, brinda una base sólida para estudiar las relaciones entre las diversas formas de interacción de la energía. I. OBJETIVOS. *Verificar experimentalmente el equivalente mecánico del calor. *Comprender la equivalencia entre unidades de calor y trabajo. *Distinguir al calor y al trabajo como manifestaciones diferentes de energía. *Entender la primera ley de la termodinámic a. II. MARCO TEÓRICO A partir de observaciones experimentales, la primera ley de la termodinámica establece que la energía no se puede crear ni destruir durante un proceso; sólo puede cambiar de forma. Por lo tanto, cada cantidad de energía por pequeña que sea debe justificarse durante un proceso. El principio de la conservación de la energía nos plantea la equivalencia entre calor y trabajo mecánico. Para los casos en donde suponemos que toda la energía mecánica puede convertirse en calor, podemos obtener experimentalmente el valor numérico de esta relación o equivalencia. El trabajo es normalmente medido en unidades Joule y la energía térmica o calor es medido en unidades de calorías. La equivalencia no es inmediatamente obvia y debe determinarse experimentalmente. Esta relación de equivalencia es llamada ―Equivalente Mecánico del Calor ‖. El calor se define como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior), debido a una diferencia de temperatura. El trabajo, que es una forma de energía, se puede definir simplemente como la fuerza multiplicada por la distancia; por lo tanto, tiene la unidad ―newton-metro (N*m)‖, llamado Joule (J). Es decir, 1 J = 1 N * m. Por otra parte, debemos considerar una unidad referente al calor, esto con el fin de obtener un exitoso análisis experimental que se llev ará a cabo en esta práctica . En el sistema métrico, la cantidad de energía necesaria para elevar 1ºC la temperatura de 1 gramo de agua a 14.5ºC se define como 1 caloría (cal), y 1 cal = 4.1868 J. Finalmente no podemos dejar atrás el concepto de trabajo termodinámic o, que es una interacción entre 2 sistemas tal que cualquier cambio en cada sistema y su entorno podría haberse producido, exactamente, con el único efecto externo a ese sistema, del cambio en la altura de una masa en un campo gravitatorio. Podemos mencionar a manera de ejemplo tres formas de energía manifestadas como trabajo, como lo son: Calor, ondas electromagnét icas, corriente eléctrica. Una ecuación general para calcular el trabajo termodinámic o es la siguiente: Para un proceso finito, cuando el volumen del sistema varía desde un valor ―Vi‖ hasta un valor ―Vf‖, la energía total intercambiada en forma de trabajo entre el sistema y su entorno vendrá dado por: W = – ∫(pe) dV desde ―Vi‖ hasta ―Vf‖ III. PROCEDIMIENTOS Y DESARROLLO EXPERIMENTAL A. Material y Equipo - Dispositivo de Joule con cilindro. - Un juego de pesa s (0.5 kg., 1kg., 1.5kg. y 2kg.) - Una cuerda de 1m de longitud. - Un multímetro digital - Tubo de grafito antifric cionante. - Juego de termopares B. Montar el equipo como se muestra en la figura. 1.- Colocar la cuerda alrededor del cilindro cuida ndo que no quede fl oja o apretada. 2.- Conectar un termistor1 en el cilindro con el fin de medir el incremento de la temperatura. 3.- En el extremo inferior de la cuerda, agregar una pesa de 1 kg. Cuidando que quede bien sujeta, pero sin frenar el movimiento de la cuerda. 4.- Regresar el contador de revoluciones a cero. EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR Por: López Toledano Miguel Universidad La Salle Facultad de Ingeniería.

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