EQUIVALENCIA CALOR-TRABAJOOBJETIVO

Observar las diversas formas de manifestación de la energía Conocer la relación entre calor y trabajo

Manejo de datosMasa del agua fría= 97.44gMasa de agua caliente= 95.17gCapacidad térmica específica del agua= 1cal/g°CTemperatura a la que agregamos el agua caliente 72

Datos experimentales

Tiempo (min) Ɵinicial (°C) Tiempo (s) Ɵinicial (°C)

0.5 25.7 5.15 37.5

1 25.7 5.30 42.9

1.5 25.7 5.45 44.3

2 25.7 6 44.5

2.5 25.7 6.15 44.6

3 25.7 6.30 44.5

3.5 25.7 6.45 44.4

4 25.7 7 44.2

4.5 25.7 7.15 44.2

5 25.7 7.30 44.1

Hoja de cálculo

Θeq K Dewar

44.1 °C 62.08 cal/°C

Resolución al problema propuesto (primera parte)

1. Con los datos obtenidos, trazar una gráfica de temperatura vs tiempo. Con ayuda de esta gráfica, determinar la temperatura inicial del agua fría, θf, y la temperatura de equilibrio, θeq.T1= 25.7

2. ¿Cómo se calcula la variación de temperatura (en la determinación de la constante del calorímetro? ¿Por qué?

−QCEDIDO=QGANADO+CCALORIMETRO ∙∆T

El calor ganado es igual al calor cedido por el sistema más la capacidad calorífica del calorímetro multiplicada por la variación de la temperatura porque esta vez se tomó en cuenta en calor aportado por el calorímetro.

3. Calcular la constante del calorímetro (Dewar) K Dewar.

−QCEDIDO=QGANADO+CCALORIMETRO ∙∆T

−(mAGUACALIENTE ∙CAGUA ∙∆T )=(mAGUA FRIA ∙C AGUA ∙∆T )+CCALORIMETRO ∙∆T

CCALORIMETRO=−(mAGUACALIENTE ∙C AGUA ∙∆T )−(mAGUA FRIA ∙C AGUA ∙∆T )

∆T

CCALORIMETRO=−(95.17 g ∙1 cal

g ∙℃∙ (44.1−72 )℃)−(97.44 g ∙1 cal

g ∙℃∙ (44.1−25.7 )℃)

(44.1−25.7 )℃=46.87 cal

℃

Manejo de datos

Voltaje= 129.2 VResistencia= 28.1 Ω

Datos experimentales

Experimento 1 Experimento 2

Tiempo (s) T inicial T final T inicial T final

10 27 27 26.3 26.3

15 27 27 26.3 26.3

20 27 27.1 26.3 26.3

25 27 27.1 26.3 29.0

30 27 27.1 26.3 29.6

35 27 27.1 26.3 32.1

40 27 27.2 26.3 32.9

45 27 27.3 26.3 34.8

50 27 27.5 26.3 36.4

55 27 27.7 26.3 37.9

60 27 28.4 26.3 38.6

65 27 29.2 26.3 39.8

70 27 29.9 26.3 42.8

75 27 30.8 26.3 44.0

80 27 31.7 26.3 45.6

85 27 32.7 26.3 46.7

90 27 33.8 26.3 47.4

95 27 34.9 26.3 49.0

100 27 35.8 26.3 50.2

Hoja de cálculos

Tiempo (s) ΔƟ (°C)Trabajo eléctrico

(J)Calor absorbido

(cal)Equivalencia W/Q

(joule/cal)30 3.3 17829.6 1144.64 15.5840 6.6 23772.8 2289.28 10.3845 8.5 26744.4 2948.37 9.0750 10.1 29716 3503.29 8.4865 13.5 38630.8 4682.01 8.2575 17.7 44574 6139.48 7.2680 19.3 47545 6694.4 7.1090 21.1 53488.8 7318.75 7.3195 22.7 56460.4 7873.72 7.17

Resolución al problema propuesto

1. .Cual es el valor promedio de la equivalencia calor-trabajo, W/Q?8.59 J/cal

2. Elaborar una gráfica del trabajo realizado (W) vs el calor absorbido (Q).

3. ¿Qué tipo de comportamiento se observa?Una línea recta con pendiente positiva

4. ¿Qué información proporciona el grafico?La cantidad de trabajo necesaria para aumentar la temperatura en un grado celcius.

5. Dar la interpretación a la información que da la graficaMás calor más trabajo o viceversa

6. ¿Qué información de la gráfica nos da la relación de equivalencia calor-trabajo? ¿Cuáles son sus unidades?La pendiente y sus unidades son Joule/cal

7. Está pendiente se conoce como equivalencia calor-trabajo. Calcular el porcentaje de error del valor experimental del equivalente calor-trabajo y compararlo con respecto al valor teórico de 4.184 joule/caloría.

8. ¿Cómo afectaría al resultado no tomar en cuenta el calor que absorbe el calorímetro?El porcentaje de error seria notablemente mayor porque solo consideramos el calor absorbido por el agua omitiendo el calor que también absorbe el calorímetro.

V=R ∙ I∴ I=VR→ I=129.2V

28.1Ω=4.6 A

W ELEC=V ∙ I ∙t

W 30=129.2V ∙4.6 A ∙30 s=17829.6JW 40=129.2V ∙4.6 A ∙40 s=23772.8 J

W 45=129.2V ∙4.6 A ∙45 s=26744.4 JW 50=129.2V ∙4.6 A ∙50 s=29716 JW 65=129.2V ∙4.6 A ∙65 s=38630.8JW 75=129.2V ∙4.6 A ∙75 s=44574 JW 80=129.2V ∙4.6 A ∙80 s=47545 JW 90=129.2V ∙4.6 A ∙90 s=53488.8JW 95=129.2V ∙4.6 A ∙95 s=56460.4 J

QABSORBIDO=m∙C ∙∆T+CCALORIMETRO ∙∆T

Q30=3OO g∙1calg ∙℃

∙3.3℃+46.86 cal℃

∙3.3℃=1144.64 cal

Q40=3OO g∙1calg ∙℃

∙6.6℃+46.86 cal℃

∙6.6℃=2289.28cal

Q45=3OO g∙1calg ∙℃

∙8.5℃+46.86 cal℃

∙8.5℃=2948.31cal

Q50=3OO g∙1calg ∙℃

∙10.1℃+46.86 cal℃

∙10.1℃=3503.29cal

Q65=3OO g∙1calg ∙℃

∙13.5℃+46.86 cal℃

∙13.5℃=4682.61cal

Q75=3OO g∙1calg ∙℃

∙17.7℃+46.86 cal℃

∙17.7℃=6139.42cal

Q80=3OO g∙1calg∙℃

∙19.3℃+46.86 cal℃

∙19.3℃=6694.4 cal

Q90=3OO g∙1calg ∙℃

∙21.1℃+46.86 cal℃

∙21.1℃=7318.75cal

Q95=3OO g∙1calg∙℃

∙22.7℃+46.86 cal℃

∙22.7℃=7873.72cal

Equivalenciacalor−trabajo

EqCT=WQ

EqCT=17829.6 J1144.64 cal

=14.92 Jcal

EqCT=23772.8J2289.28cal

=9.95 Jcal

EqCT=26772.8 J2948.87 cal

=8.69 Jcal

EqCT=29716 J3503.29cal

=8.12 Jcal

EqCT=38630.8J4682.01cal

=7.90 Jcal

EqCT=44574J6139.48cal

=6.95 Jcal

EqCT=47545J6694.4 cal

=6.87 Jcal

Aplicación de lenguaje termodinámico

1.- ¿Qué tipo de paredes tiene de Dewar?Tiene paredes rígidas, impermeables y adiabáticas.

2.- ¿Cuál es el sistema en estudio?El agua y el vaso de Dewar (la capacidad térmica específica de éste).

3.- Clasificar el sistema de trabajo de acuerdo al número de fases que presenta.Es heterogéneo si consideramos el interior del vaso que es sólido y el agua que es líquida (despreciando el aire).

4.- Clasificar el proceso si el “calentamiento” del agua ocurre a presión constante.Es un proceso isobárico.

Trabajo eléctrico (J) Calor absorbido (cal) Equivalencia calor-trabajo (J/cal)

17829.6 1194.86 14.92191554

23772.8 2389.72 9.947943692

26744.4 3077.68 8.689792311

29716 3657.01 8.125763944

38630.8 4888.08 7.903062143

44574 6408.82 6.955102499

47545 6918.14 6.872511976

53488.8 7639.89 7.001252636

56460.4 8219.22 6.869313633