Equivalente mecánico del calor

Termodinámica

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DETERMINACION DEL EQUIVALENTE MECANICO DEL CALOR

Introducción:

En esta practica trataremos de determinar el equivalente mecánico de calor en julios de la caloría. Para ello lo que haremos sera calcular el calor absorbido por una cantidad de agua en un calorímetro y debemos determinar el equivalente K del agua en dicho calorimetro .

Material:

Para esta practica disponemos de un calorimetro con agitador para homogeneizar la mezclo un termometro de varilla larga, un amperimetro un voltimetro y los cables necesarios para realizar las conexiones .

Metodo experimental:

Lo primero que debemos hacer es introducir 250 ml de agua a 10 (T1)grados mas de la temperatura ambiente anotada la temperatura debemos añadir 200 ml de agua que habremos enfriado (T2) previamente con hielo y observar la temperatura de equilibrio(T) .

Entonces mediante la formula:

C(M1-K)(T1-T) = M2*C(T-T2)

Podremos saber el balance de energia.

K =[ M2(T - T2)/(T1-T)] -M1

Para la densidad del agua usaremos los valores de las tablas adjuntas

En la segunda parte de la practica se nos pide que calculemos la relacion entre la caloria y el julio, para ello debemos hacer un sencillo montaje electrico . Lo que haremos sera suministrar energia a una resistencia que calentara el agua y entonces podremos calcular cuanta energia ha sido necesaria para producir este incremento de temperatura.

Para ello utilizaremos la siguiente formula:

J = W/Q=V*I*t /C (M + K)(T-To)

Resultados experimentales:

En la primera parte de la practica los resultados y su error fueron:

Temp ( C)

Vol (ml)



Masa (g)

T1

33.2±0.05

250

0.9941

248.52±0.05

T2

14.5±0.05

200

0.9991

199.82±0.05

T

25.8±0.05

no inf

no inf

no inf

Para calcular el error tenemos que hacer las derivadas parciales de la formula y nos queda :

Siendo:

Ta =(T-T2)=11.3 Ta=±0.071

Tb=(T1-T)=7.8 Tb=±0.071

K = "(Ta*M2/Tb)^2+(M2 Ta/Tb)^2 + (M2*Ta*Tb/Tb^2)^2+M1^2

K= ±5.44g

Y por lo tanto:

K =40.96 ± 5.44 g

En la segunda parte de la practica debemos tener en cuenta el error sistemático tanto del amperimetro como del voltimetro.

Los datos de que disponiamos eran:

Voltaje: V=12.5 ±0.5 V

Intensidad: I=3095 ±0.05 A

Tiempo : t=300±0.05 s

Masa agua:M=299.45±0.05 g

Cte :K=40.96±5.44 g

Temperatura inicial: To=21±0.05 C

Temperatura final: Tf= 32.9±0.05 C

Temperatura en el equilibrio: T=11.9±0.071

Masa total: Mt=340.42±5.99 g

La formula para el error fue la siguiente:

J="(I*V*V/Mt*T)^2+(V*t*I/Mt*T)^2+(V*I*t/Mt^2*T)^2+(V*I*t*T/Mt*T^2)^2

J=±0.17 J

Y por lo tanto el resultado final fue:

J=3.66±0.17 J

Comentario :

Los resultados de la primera practica se adaptan bastante bien a las formulas teoricas que se usan en termodinamica el error en este caso es casi nulo pero se pueden producir errores debido a el intercambio de temperatura entre el agua y el calorimetro.El experimento se complicaria si usasemos substancias con distintas capacidades calorificas.

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