Efecto Joule 1c1r1r

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINAS Y METALURGIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLÓGICA

FISICA III PRÁCTICA

PRÁCTICA N° 5

EFECTO JOULE ALUMNO: HUAMAN QUISPE JUSTINO CÓDIGO DEL Est: 154785 GRUPO: 323-B DOCENTE: VALERIO TUNQUE SUYO

SEMESTRE: 2017 – I CUSCO – PERÚ 2017

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ÍNDICE CONTENIDO Pagina EFECTO JOULE. ....................................................................... Error! Bookmark not defined. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 3 FUNDAMENTO TEORICO: .................................................................................................. 3 MATERIALES PARA LA PRÁCTICA .................................................................................. 4 DIAGRAMA DE INSTALACION: ........................................................................................ 5 PROCEDIMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES ........................................................ 5 TOMA DE DATOS EXPERIMENTALES ............................................................................. 6 OBSERVACIONES EXPERIMENTALES ............................................................................ 6 ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALES....................................................................... 6 CONCLUSIONES .................................................................................................................... 9 RECOMENDACIONES: ......................................................................................................... 9

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A. OBJETIVOS  

Encontrar la relación entre la energía y el calor. Determinar el equivalente mecánico eléctrico del calor usado el principio de la conservación de la energía.

B. FUNDAMENTO TEORICO Introducción Modelo teórico Cuando una corriente I pasa por una resistencia, se transfiere energía desde las cargas eléctricas que circulan por la resistencia hacia el medio ambiente. Esta transferencia se manifiesta como calentamiento de la resistencia y de su medio ambiente, fenómeno que se denomina Efecto Joule. La rapidez con que se transfiere al ambiente la energía potencial eléctrica de las cargas que circulan por el circuito es P = VI (siendo V la caída de potencial a través de la resistencia). P se denomina "potencia disipada en la resistencia". Por tanto, la energía cedida durante un tiempo t al ambiente, supuesto que P sea constante, es Pt. Por otro lado, el cambio de temperatura 􀀧T que se produce en un sistema de masa m cuando se le transfiere una cantidad de energía E está dado por 􀀧T = E/mc, siendo c una propiedad constitutiva del sistema denominada "calor específico". En esta práctica estudiaremos el sistema compuesto por i) una resistencia por la que pasa una corriente (no se incluyen en el sistema en estudio los otros elementos del circuito eléctrico, diferentes a la resistencia) y que está sumergida en agua. Este elemento se denomina "resistencia calefactora". ii) el agua en el que está sumergida la resistencia calefactora, y que será calentada por ésta; iii) el recipiente que contiene el agua, denominado "vaso calorimétrico". Aplicando el principio de conservación de la energía, bajo ciertas suposiciones, podemos relacionar T = Tfinal - Tinicial en este sistema, con las siguientes variables y parámetro constitutivos del sistema: i) t : Tiempo transcurrido desde el instante para el cual la temperatura del sistema era Inicial. ii) V : Caida de potencial a través de la resistencia iii) I : Intensidad de corriente que circula por la resistencia iv) magua : masa de agua en el sistema UNSAAC - FISICA III

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v) cagua : calor específico del agua Experimentación Física II 62 vi) mcal : masa del vaso calorimétrico vii) ccal : calor específico del vaso calorimétrico Las suposiciones que haremos son las siguientes: i) El sistema agua + calorímetro + resistencia está térmicamente aislado del resto del universo. Es decir, no hay transferencia de energía desde o hacia el sistema, diferente a la que tiene lugar por efecto Joule en la resistencia misma. ii) El producto mresistencia cresistencia es despreciable con respecto a la suma magua cagua + mcal ccal iii) La potencia disipada en la resistencia, VI, es constante. Bajo las anteriores suposiciones, el principio de conservación de la energía se expresa así: E = Pt = VI t = (magua cagua + mcal ccal ) T (1) Ahora bien, el calor específico se da en muchos manuales en las unidades caloría/g ºC. Actualmente se prefieren las unidades Joule/g ºC. La primera forma resulta al medir la energía en calorías, una unidad definida en el siglo XVIII antes de comprender el principio de conservación de la energía. En este experimento Ustedes podrán obtener el factor de conversión entre la antigua unidad de energía (entonces se llamaba "calor") y la unidad actual del sistema internacional, Joule. Este factor se denominó "equivalente mecánico del calor" cuando fué medido por primera vez, a mediados del siglo XIX.

C. MATERIALES PARA LA PRÁCTICA

cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1

equipo y materiales calorímetro con resistencia eléctrica fuente reóstato cables de conexión cronometro voltímetro amperímetro balanza sensor de temperatura

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código DC 44ohmios digital digital digital digital

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D. DIAGRAMA DE INSTALACION

Figura N°1

E. PROCEDIMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES 1. Proceda con el manejo experimental de acuerdo ala figura N°1 2. Con el equipo que se le ha sido entregado proceda a realizar el montaje experimental de la siguiente manera. 3. Pesar el vaso pequeño del calorímetro, vacío y sin anillo de caucho de que le rodea. M del calorímetro=260 gr. 4. Vierta en el vaso cierta cantidad de agua (alrededor de 200gr) y péselo nuevamente por diferencia halle la masa del agua añadida. M del calorímetro + Agua = 286gr M del agua = 197gr M del vaso = 89gr M del agua: 197 gr M del calorímetro: 260 gr M del calorímetro + agua: 286 gr Calor especifico del Agua: 1cal/g°C Calor especifico del calorímetro: 0.06 cal/g°C

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TOMA DE DATOS EXPERIMENTALES CUADRO N° 1. t(min) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

T(°C) 15.7 16.3 16.9 17.4 17.9 18.4 18.8 19.3 19.7 20.1

I(A) 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

V(V) 2.67 2.68 2.72 2.71 2.72 2.74 2.7 2.68 2.72 2.74

F. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES 1. anote las características de los instrumentos utilizados como también mida el valor de la resistencia con el voltímetro. Los instrumentos estaban diseñados muy adecuadamente para la práctica La resistencia del voltímetro es = 220 voltios 2. si aumentamos la longitud del alambre de nicrohom y el mismo voltaje utilizado en el experimento el tiempo de calentamiento del agua será mayor o menor. Si aumentamos la longitud del alambre de nicrohom y el mismo voltaje utilizado en el experimento el tiempo de calentamiento del agua es menor.

G. ANALISIS DE DATOS EXPERIMENTALES. 1.- CALCUL LA CANTIDAD Mc= CH2O.MH2O + Ccal.Mcal Mc= 1x197 cal/°c + 0.06x260 cal/°C Mc= 212.6 cal/°C

2.- CALCULE PARA CADA PASO EL PRODUCTO VI Y SU PROMEDIO CON LOS DATOS DE LA TABLA.

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t(min) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 ∑∑ PROMEDIO

T(°C) 15.7 16.3 16.9 17.4 17.9 18.4 18.8 19.3 19.7 20.1 180.5 18.05

I(A) 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 8.5 0.85

V(V) 2.67 2.68 2.72 2.71 2.72 2.74 2.7 2.68 2.72 2.74 27.08 2.708

V*I 2.2695 2.278 2.312 2.3035 2.312 2.329 2.295 2.278 2.312 2.329 23.018 2.3018

3.- GRAFIQUE LA TEMPERATURA EN FUNCION DEL TIEMPO t Y ESCRIBA SU ECUACION EMPIRICA. T(°C) 15.7 16.3 16.9 17.4 17.9 18.4 18.8 19.3 19.7 20.1

t(min) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

T° VRS t(s) 25 y = 0.4855x + 15.38 R² = 0.9958

T(°C)

20 15

15.7 16.3 10

Linear (15.7 16.3)

5

Linear (15.7 16.3)

0 0

3

6

9

12 15 18 21 24 27 t (min)

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4.- CALCULE POR MINIMOS CUADRADOS SUS VALORES.

∑

Y = T(°C) 15.7 16.3 16.9 17.4 17.9 18.4 18.8 19.3 19.7 20.1

X = t(min) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

180.5

135

X*Y

Y^2

X^2

0 48.9 101.4 156.6 214.8 276 338.4 405.3 472.8 542.7 2556.9

0 9 36 81 144 225 324 441 576 729 2565

246.49 265.69 285.61 302.76 320.41 338.56 353.44 372.49 388.09 404.01 3277.55

Y = Ax + B 𝐴=

𝐴=

∑(𝑋)2 ∑⁡(𝑌) − (∑𝑋)(∑𝑋𝑌) 𝑛 ∑(𝑋)2 − (∑ 𝑋)

(3277.55)(180.5)−(135)(2556.9) 10(3277.55)−(135)2

𝐵= 𝐵=

2

⁡⁡ => ⁡⁡⁡⁡𝐴 = 16.9352445

𝑛(∑ X𝑌) − (∑𝑋)(∑𝑌) 𝑛 ∑(𝑋)2 − (∑ 𝑋)

10(2556.9)−(180.5)(135) 10(3277.55)−(135)2

2

=> 𝐵 =⁡0.082574482

Y = 16.9352445x + 0.082574482

5.- DETERMINE J EXPERIMENTAL USANDO EL PARAMETRO YA CALCULADO

𝐽𝑒𝑥𝑝 = 𝐽𝑒𝑥𝑝 =

VIt VIt VIt ⁡= = Q Qagua+Qcal Mh2oAT+McalAT

=

VIt AtMc

2.708×0.85x27 260x27

𝑱𝒆𝒙𝒑 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟖𝟓𝟑 J UNSAAC - FISICA III

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Por otro lado tenemos el valor teórico o valor real Jreal =4.186J/cal 6.- QUE SIGNIFICADO FISICO TIENEN LOS PARAMETROS DE LA CURVA?

.- El parámetro a es la sumatoria de mc .- El parámetro B es el producto v*i .- La pendiente m = 1/j

7.- CALCULE EL ERROR PORCENTUAL.

%Error =

|Valor⁡Real − Valor⁡Experimental| × 100 Valor⁡Real

%Error =

|4.186 − 0.00853| × 100 4.186

E% = 0.099%

H. CUNCLUSIONES El error porcentual nos indica que el trabajo se realizó con exactitud y no se cometieron errores en el momento de toma de datos. Determinamos el equivalente mecánico eléctrico del calor usando el principio de la conservación de la energía. Durante el procedimiento experimental pudimos tener algún tipo de falla ya que la medición tiende a tener un margen de error ya sea en medición humana o en toma de medidas por instrumento.

J. COMENTARIOS Y SUGERENCIAS Que pueda ver un cronometro propio del laboratorio como el multímetro para cometer menos errores en la hora de tomar datos. Recomendaría que en futuras clases de laboratorio experimental los alumnos estén más atentos a las indicaciones del docente ya que por motivos de juegos a veces no se toman los datos correctamente. Por otro lado UD. Como docente es muy bueno en su área de trabajo espero que siga mejorando.

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