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EXPERIMENTOS DE JOULE, Guías, Proyectos, Investigaciones de Termodinámica

EXPERIMENTOS DE JOULE EN LA TERMODINAMICA

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2019/2020

Subido el 22/02/2020

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rashpn-george 🇲🇽

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PRACTICA NO 4
EXPERIMENTOS DE JOULE
OBJETIVO:
ESTABLECER LOS CONCEPTOS DE CALOR Y TRABAJO Y DETERMINAR EL EQUIVALENTE
MECÁNICO DEL CALOR O COEFICIENTE DE JOULE
INTRODUCCIÓN:
LOS ESTUDIOS DE JAME PRECOTL JOULE ENTRE 1837 Y1848 SOBRE EL CALOR Y
TRABAJO CONDUJERON A CONSIDERAR COMO FORMAS DE ENERGÍA EN TRANSITO Y
EQUIVALENTES ENTRE SI LLEGANDO A MEDIR DICHAS EQUIVALENCIAS Y DETERMINAR
EL VALOR DEL COEFICIENTE QUE RELACIONA CUANTITATIVAMENTE LOS VALORES DE
Q Y W
J= 4.186 J/CAL
TANTO COMO EL TRABAJO NO SON FUNCIONES CUYO VALOR SE PUEDE DETERMINAR
EN UN CIERTO ESTADO. TERMODINÁMICAMENTE HABLANDO, NO SON FUNCIONES DE
ESTADO, SE TRATO DE FUNCIONES QUE CARACTERIZAN EL PROCESO, SUS
DIFERENCIALES SERÁN INEXACTAS
POR OTRO LADO EL CALOR Y EL TRABAJO ÚNICAMENTE SE EVIDENCIAN EN LAS
FRONTERAS DE LOS SISTEMAS Y QUE SOLAMENTE APARECERÁN CUANDO AQUELLOS
EXPERIMENTEN CAMBIOS EN SUS ESTADOS TERMODINÁMICOS EN LAS
INTERACCIONES QUE EXPERIMENTAN LOS SISTEMAS. HAY QUE TENER EN CUENTA LA
POSIBILIDAD DEL DOBLE SENTIDO DE LAS MISMAS YA QUE UN SISTEMA PUEDE
RECIBIR O CEDER ENERGÍA
POR ELLO. LA ENERGÍA SE CONSIDERA COMO UNA MAGNITUD ALGEBRAICA
HABIÉNDOSE ESTABLECIDO INTERNACIONALMENTE UN CRITERIO DE SIGNOS PARA LA
MISMA. LA ENERGÍA QUE PROPORCIONA EL SISTEMA EN FORMA DE TRABAJO SE
CONSIDERA POSITIVO Y LA QUE RECIBE. NEGATIVO ASIMISMO LA ENERGÍA EN FORMA
DE CALOR SUMINISTRADO AL SISTEMA SE CONSIDERA POSITIVA Y LA CEDIDA POR EL
NEGATIVA
SISTEMAS TERMODINÁMICOS
W<0 Q>0
Q<0 W>0
SE DEBE DE TENER EN CUENTA QUE LOS CUERPOS NO TIENEN CALOR NI TAMPOCO
TIENEN TRABAJO: LOS CUERPOS, LOS SISTEMAS TERMODINAMICOS. ÚNICAMENTE
POSEEN ENERGÍA
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PRACTICA NO 4

EXPERIMENTOS DE JOULE

OBJETIVO:

ESTABLECER LOS CONCEPTOS DE CALOR Y TRABAJO Y DETERMINAR EL EQUIVALENTE

MECÁNICO DEL CALOR O COEFICIENTE DE JOULE

INTRODUCCIÓN:

LOS ESTUDIOS DE JAME PRECOTL JOULE ENTRE 1837 Y1848 SOBRE EL CALOR Y

TRABAJO CONDUJERON A CONSIDERAR COMO FORMAS DE ENERGÍA EN TRANSITO Y

EQUIVALENTES ENTRE SI LLEGANDO A MEDIR DICHAS EQUIVALENCIAS Y DETERMINAR

EL VALOR DEL COEFICIENTE QUE RELACIONA CUANTITATIVAMENTE LOS VALORES DE

Q Y W

J= 4.186 J/CAL

TANTO COMO EL TRABAJO NO SON FUNCIONES CUYO VALOR SE PUEDE DETERMINAR

EN UN CIERTO ESTADO. TERMODINÁMICAMENTE HABLANDO, NO SON FUNCIONES DE

ESTADO, SE TRATO DE FUNCIONES QUE CARACTERIZAN EL PROCESO, SUS

DIFERENCIALES SERÁN INEXACTAS

POR OTRO LADO EL CALOR Y EL TRABAJO ÚNICAMENTE SE EVIDENCIAN EN LAS

FRONTERAS DE LOS SISTEMAS Y QUE SOLAMENTE APARECERÁN CUANDO AQUELLOS

EXPERIMENTEN CAMBIOS EN SUS ESTADOS TERMODINÁMICOS EN LAS

INTERACCIONES QUE EXPERIMENTAN LOS SISTEMAS. HAY QUE TENER EN CUENTA LA

POSIBILIDAD DEL DOBLE SENTIDO DE LAS MISMAS YA QUE UN SISTEMA PUEDE

RECIBIR O CEDER ENERGÍA

POR ELLO. LA ENERGÍA SE CONSIDERA COMO UNA MAGNITUD ALGEBRAICA

HABIÉNDOSE ESTABLECIDO INTERNACIONALMENTE UN CRITERIO DE SIGNOS PARA LA

MISMA. LA ENERGÍA QUE PROPORCIONA EL SISTEMA EN FORMA DE TRABAJO SE

CONSIDERA POSITIVO Y LA QUE RECIBE. NEGATIVO ASIMISMO LA ENERGÍA EN FORMA

DE CALOR SUMINISTRADO AL SISTEMA SE CONSIDERA POSITIVA Y LA CEDIDA POR EL

NEGATIVA

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

W<0 Q>

Q<0 W>

SE DEBE DE TENER EN CUENTA QUE LOS CUERPOS NO TIENEN CALOR NI TAMPOCO

TIENEN TRABAJO: LOS CUERPOS, LOS SISTEMAS TERMODINAMICOS. ÚNICAMENTE

POSEEN ENERGÍA

LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA COMO RESULTADO DE LA DIFERENCIA DE

TEMPERATURA SE LE LLAMA CALOR

LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA POR CIERTO MECANISMO EN DONDE SE ESTABLECE

UN MOVIMIENTO MECÁNICO DE O A TRAVÉS DE LA FRONTERA DEL SISTEMA SE LLAMA

TRABAJO

E   Q   W

 E INCREMENTO DE LA ENERGÍA

 Q CALOR

 W =TRABAJO

EN FÍSICA, EL CALOR ES UNA FORMA DE ENERGÍA ASOCIADA AL MOVIMIENTO DE LOS

ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y OTRAS PARTÍCULAS QUE FORMAN LA MATERIA. EL CALOR

PUEDE SER GENERADO POR REACCIONES QUÍMICAS (COMO EN LA COMBUSTIÓN),

NUCLEARES (COMO EN LA FUSIÓN NUCLEAR DE LOS ÁTOMOS DE HIDRÓGENO QUE

TIENEN LUGAR EN EL INTERIOR DEL SOL), DISIPACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (COMO EN

LOS HORNOS DE MICROONDAS) O POR DISIPACIÓN MECÁNICA (FRICCIÓN). SU

CONCEPTO EL CALOR QUE PUEDE INTERCAMBIAR UN CUERPO CON SU ENTORNO

DEPENDE DEL TIPO DE TRANSFORMACIÓN QUE SE EFECTÚE SOBRE ESE CUERPO Y

POR TANTO DEPENDE DEL CAMINO. LOS CUERPOS NO TIENEN CALOR, SINO ENERGÍA

INTERNA. EL CALOR ES LA TRANSFERENCIA DE PARTE DE DICHA ENERGÍA INTERNA

(ENERGÍA TÉRMICA) DE UN SISTEMA A OTRO, CON LA CONDICIÓN DE QUE ESTÉN A

DIFERENTE TEMPERATURA.

-LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA POR CIERTO MECANISMO EN DONDE SE ESTABLECE

UN MOVIMIENTO MECÁNICO DE 0 A TRAVÉS DE LA FRONTERA DEL SISTEMA SE LLAMA

TRABAJO

PROCEDIMIENTO:

ESTABLECER EL SIGUIENTE DISPOSITIVO

1.- REÓSTATO

2.-INTERRUPTOR

3.-VOLTÍMETRO

4.- ESPIRAL DE CALENTAMIENTO

5.- RECIPIENTE AISLADO

6.- AMPERÍMETRO

7.- FUENTE DE PODER

8.- TERMÓMETRO

A CONTINUACIÓN PESAR EL RECIPIENTE AISLADO (CALORÍMETRO) VACIO SE

OBTIENE LA

MASA DEL CALORÍMETRO (MC) SEGUIDAMENTE PESAR UNA CIERTA CANTIDAD DE

AGUA

(300 A 400 G) QUE SERÁ MASA DE AGUA (MW) Y VERTERLO EN EL CALORÍMETRO.

AJUSTAR EL VALOR DE LA CORRIENTE MEDIANTE EL REÓSTATO, AGITAR EL AGUA Y

ANOTAR LA TEMPERATURA INICIAL.

CONECTAR EL INTERRUPTOR E INMEDIATAMENTE TOME EL TIEMPO HASTA

SELECCIONAR

LA TEMPERATURA FINAL (APROX 70-80 ºC) Y REVISAR EL VOLTAJE Y AMPERAJE QUE

SE

W  121497. 6 J

K = M

T Teq Teq T   1 ( 2 ) -M1 = - 78.35 g J = Q W = ( )( )

.. CoM K Tf To VI t    DONDE: M = CANTIDAD DE AGUA K = 78. TI = TEMPERATURA INICIAL TF = TEMPERATURA FINAL CO = 1 (^) g º CaL MASA DEL CALORÍMETRO VACIO 391.2 g V = 80 VOLTS MASA DEL CALORÍMETRO H2O = 1127.4 g I = 2.8 AMPERS T0 = 22.6 ºC J = Q W = ( )( ) .. CoM K Tf To VI t    = 1 ( 778 ( 78. 35 ))( 60 22. 6 )

  gOV A seg = 4.63 J/CAL VALOR VERDADERO 4. Cal

J

CUESTIONARIO:

1.- DEFINA LOS CONCEPTOS DE CALOR Y TRABAJO

R.- CALOR : ES LA ENERGÍA TRANSPORTADA A TRAVÉS DE UN LÍMITE COMO

RESULTADO DE UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS ENTRE UN SISTEMA Y SUS

ALREDEDORES SE LLAMA CALOR

TRABAJO : ES LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA A TRAVÉS DE LOS LÍMITES DE UN

SISTEMA EQUIVALENTE A UNA FUERZA ACTUANDO A LO LARGO DE UNA DISTANCIA

2.- ¿QUE ES UN PROCESO REVERSIBLE Y CUAL UN PROCESO IRREVERSIBLE?

R.- EL CALOR FLUYE EN FORMA ESPONTÁNEA DE UN CUERPO MÁS CALIENTE HACIA

UNO MÁS FRÍO CUANDO SE PONEN EN CONTACTO, PERO EL PROCESO INVERSO SÓLO

SE PUEDE LOGRAR POR MEDIO DE UNA INFLUENCIA EXTERNA. CUANDO UN BLOQUE

SE DESLIZA SOBRE UNA SUPERFICIE ÁSPERA, FINALMENTE SE DETENDRÁ. DICHOS

PROCESOS UNIDIRECCIONALES SE LLAMAN PROCESOS IRREVERSIBLES. UN PROCESO

ES IRREVERSIBLE SI EL SISTEMA Y SUS ALREDEDORES NO PUEDEN REGRESARSE A SU

ESTADO INICIAL.

UN SISTEMA PUEDE SER REVERSIBLE SI EL SISTEMA PASA DE UN ESTADO INICIAL A UN

ESTADO FINAL A TRAVÉS DE UNA SUCESIÓN DE ESTADOS DE EQUILIBRIO. SI UN

PROCESO ES REAL OCURRE EN FORMA CASI ESTÁTICA, ES DECIR, LO

SUFICIENTEMENTE LENTO COMO PARA QUE CADA ESTADO DIFIERA DE MODO

INFINITESIMAL DEL EQUILIBRIO, SE PUEDE CONSIDERAR REVERSIBLE.

3.- ¿COMO DEFINIRÍA USTED LA EFICIENCIA DE UN PROCESO Y POR QUÉ?

R.- LA EFICIENCIA DE UN PROCESO SE DETERMINA POR EL MÁXIMO RENDIMIENTO DEL

PROCESO UNO DE LOS EJEMPLOS DE ESTE ES EL CICLO DE CICLO DE CARNOT ES UN

CICLO TERMODINÁMICO IDEAL REVERSIBLE ENTRE DOS FUENTES DE TEMPERATURA,

ESTE CICLO FUE ESTUDIADO POR SADI CARNOT EN SU TRABAJO REFLECTIONS SUR LA

PUISSANCE MOTRICE DE FEU ET SUR LES MACHINES PROPRES A DEVELOPPER CETTE

PUISSANCE, DE 1824.

UNA MÁQUINA TÉRMICA QUE REALIZA ESTE CICLO SE DENOMINA MÁQUINA DE

CARNOT. TRABAJA ABSORBIENDO UNA CANTIDAD DE CALOR Q 1 DE LA FUENTE DE

ALTA TEMPERATURA Y CEDE UN CALOR Q 2 A LA DE BAJA TEMPERATURA

PRODUCIENDO UN TRABAJO SOBRE EL EXTERIOR. EL RENDIMIENTO VIENE DEFINIDO,

COMO EN TODO CICLO, POR

4.- ¿CUANDO SE DICE QUE UN TRABAJO ES POSITIVO O NEGATIVO?

R.- SE CONSIDERA QUE UN TRABAJO ES POSITIVO CUANDO ES HECHO POR UN

SISTEMA

SE CONSIDERA QUE UN TRABAJO ES NEGATIVO. CUANDO ES REALIZADO SOBRE EL

SISTEMA

5.- ¿CUANDO EL CALOR PUEDE SER POSITIVO O NEGATIVO PARA UN SISTEMA?

R.- CALOR ES POSITIVO SI LO ABSORBE EL SISTEMA Y ES NEGATIVO CUANDO EL

SISTEMA LO EDE AL EXTERIOR,

6.- NOS DICE DE MANERA GENERAL, LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA?

R.- CUANDO UN SISTEMA SE PONE EN CONTACTO CON OTRO MÁS FRÍO QUE ÉL, TIENE

LUGAR UN PROCESO DE IGUALACIÓN DE LAS TEMPERATURAS DE AMBOS.

7,. UE SE DEBE QUE UN TRABAJO PUEDA SER DE EXPANSIÓN O DE COMPRESIÓN PARA

UNA

R.- MISMA CANTIDAD DE GAS Y UNA TEMPERATURA CONSTANTE?

CUANDO UN GAS SE EXPANDE PUEDE EFECTUAR TRABAJO SOBRE SUS ALREDEDORES,

Y DE IGUAL FORMA, PARA COMPRIMIR UN GAS A VOLUMEN MÁS PEQUEÑO, SE DEBE

EFECTUAR TRABAJO EXTERNO SOBRE ÉL. LA CANTIDAD REAL DE TRABAJO EFECTUADO

EN ESTOS PROCESOS NO SÓLO DEPENDE DE LA ECUACIÓN DE ESTADO DEL GAS, SINO

TAMBIÉN DE LAS CONDICIONES EN LAS QUE OCURRE LA EXPANSIÓN O LA