Experimento de Joule

Universidad Autónoma Metropolitana
Termodinámica I
Reporte
Equivalente mecánico del calor
Luis Gutiérrez Melgarejo















Introducción
Uno de los experimentos más revolucionarios en el campo de la termodinámica fue el experimento de Joule. Joule demostró con el que la temperatura de un cuerpo se puede elevar, no solo administrándole calor, sino que también puede elevarse realizando un trabajo sobre él.
Históricamente se tardó bastante tiempo en comprender cuál es la naturaleza del calor. En un primer momento se pensaba que el calor era un fluido (denominado calórico) que impregnaba los cuerpos y era responsable del calor que éstos intercambiaban al ser puestos en contacto.
En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. Dicho experimento se conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.
Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría.
Con su experimento, Joule se propuso demostrar que se podía elevar la temperatura del agua transfiriéndole energía mecánica.

Objetivos
Calcular la cantidad necesaria de trabajo para elevar al menos 0.1°C una cierta masa de agua
Calcular de capacidad calorífica del agua a partir del experimento propuesto
Material
Vaso de unicel (1 litro)
Cola loca
Palo de madera
Carrete de hilo
Termómetro
Soporte universal
Nuez
Peso
Hilo
2 Abate lenguas
Agua
Tapa de unicel
Polea
Vaso

Descripción del experimento
Romper ambos abate lenguas por la mitad y pegarlos al palo de madera con cola loca
Agregar 200ml de agua al vaso de unicel
Hacer dos orificios a la tapa de unicel
Colocar tanto el termómetro y el palo de madera en sus respectivos orificios
Poner el carrete de hilo en la parte superior del palo de madera
Amarrar el hilo al vaso y hacerlo pasar por la polea
Colocar el peso dentro del vaso
Dejar caer el vaso la cantidad de veces que sean necesarias

Análisis y discusión de resultados
Trabajo
Temperatura
Altura (h)
5.279742
21.8
6
10.559484
21.9
12
14.079312
22
16
16.719183
22.1
19
19.359054
22.2
22
21.998925
22.3
25
25.518753
22.4
29
29.038581
22.5
33
31.678452
22.6
36
35.19828
22.7
40
Tabla en el cual se muestran las relaciones que hay entre los cambios de temperatura, trabajo y altura.

Grafica de Trabajo contra temperatura
Para poder conseguir el segundo objetivo es necesario aplicar la siguiente formula que es la conversión de energía mecánica en calor.
Mgh=mc T (1)
M=Masa del peso total
h=Altuta
m=masa de agua
c=Calor especifico
c=Mghm T
Sustituyendo los datos en la formula dada y tomando como un solo desplazamiento los 40 metros que se necesitaron para aumentar la temperatura del agua, se tiene
c=0.0897kg9.81ms240m0.2kg1°C
c=191.70 Jkg-1°C-1
Y ahora para calcular la capacidad calorífica del agua se tiene la siguiente ecuación
Q=c T (2)

Q=191.70 Jkg-1°C-11°C
Q=191.70 J/kgK
Conclusiones
Se concluye con este experimento que, efectivamente existe una relación entre el trabajo mecánico y el calor y que se puede encontrar dicha relación de manera muy sencilla; siendo más específico, se refiere a la energía potencial y dicha expresión es (1).
Las aproximaciones experimentales no fueron para nada buenas pero para obtener una mejor precisión con los datos que se desea obtener, es cuestión de aumentar más la temperatura del agua lo cual implica realizar más trabajo y en donde toma lugar la ecuación (1) nos da el calor específico para posteriormente conocer la capacidad calorífica de la sustancia que se desea estudiar, está dada por la ecuación (2).

Bibliografia
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/spht.html#c1















Anexos

Experimento de Joule montado
Equivalente mecánico del calor


Temperatura


Trabajo