3B Scientific Heat Equivalent Apparatus User Manual
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•
A manera de pesa se puede emplear el cubo, in-
cluido en el suministro, llenándolo con agua o are-
na, etc. (peso total, aproximadamente 5 kg). El ex-
tremo suelto de la cuerda de fricción se ata al peso
que se encuentra sobre el suelo, durante lo cual se
debe observar que el contrapeso, con la cuerda ten-
sada, se encuentre a una distancia de 5 cm del sue-
lo. De esta manera se evita que, durante el experi-
mento, el peso se eleve más allá de aprox. 10 cm.
•
Si ahora, al accionar la manivela, se observa que la
cuerda se mueve hacia la derecha y, dado el caso,
permanece en la hendidura, entonces se debe co-
locar la cuerda alrededor del cilindro de fricción
de manera que el extremo de la cuerda que sostie-
ne el peso se encuentre a la derecha, y el que sos-
tiene el contrapeso a la izquierda.
•
El sensor de temperatura se debe humedecer con
una gota de aceite (¡importante!), y se lo debe co-
locar, según se muestra en la Fig. 1, en el cilindro
de fricción seleccionado, hasta que se enclave no-
toriamente y se lo pueda hacer girar con facilidad
(si se lo inserta demasiado profundamente o no lo
suficiente, no gira con soltura). Ambas conexiones
del sensor de temperatura se conducen a un ins-
trumento de medición de resistencia (multímetro),
el cual debe disponer, por lo menos, de un display
de tres dígitos, en un rango de 2 k
Ω
a 9 k
Ω
. La
conversión de la resistencia medida en temperatu-
ra se puede realizar empleando la tabla adjunta a
la última página de estas instrucciones, o por me-
dio de la siguiente ecuación:
T
R
=
−
217
151
0,13
(1).
Aquí se debe introducir una R en k
Ω
, para obtener
T en °C. Esta ecuación concuerda en ± 0,05 °C con
la tabla de indicaciones del fabricante de la resis-
tencia NTC, en un rango de 10 a 40 °C.
•
Antes de realizar el experimento, el cilindro de fric-
ción se debe enfriar aproximadamente de 5 a 10 °C
por debajo de la temperatura ambiente. Para el
efecto, se lo puede guardar en una nevera o su-
mergirlo en agua fría, tomando en cuenta que la
perforación del sensor de temperatura apunte ha-
cia arriba y que la profundidad de inmersión sólo
sea de 2/3 de la altura del cilindro (Consejo: si se
introduce el cilindro dentro de una bolsa de plásti-
co, antes de sumergirlo en agua, no será necesario
secarlo después del enfriamiento).
•
El aumento de temperatura, durante un experimen-
to, debe proseguir hasta que la temperatura del
cilindro de fricción se encuentre aprox. entre 5 a
10 °C por encima de la temperatura ambiente.
Mientras más exactas sean las diferencias de tem-
peratura durante el enfriamiento y el calentamien-
to (correspondientemente, con relación a la tem-
peratura ambiente), menor será el intercambio neto
de calor con el ambiente.
•
Para el calentamiento eléctrico de los cilindros de
fricción se dispone de cables de adaptación, los
cuales poseen, en un extremo, un conector de 2 mm
de diámetro y, en el otro, los convencionales
conectores de laboratorio de 4 mm de diámetro.
Para la alimentación de corriente se debe emplear
una fuente de alimentación con limitación de ten-
sión y corriente regulable, observándose que no se
sobrepase una tensión máxima de la fuente de ali-
mentación de 40 V. El polo positivo de la fuente de
alimentación se conecta al clavijero aislado (reco-
nocible por la plaquita redonda gris de plástico que
se encuentra debajo del clavijero) y el polo negati-
vo con el otro clavijero.
•
¡Los elementos de calefacción de los cilindros de
fricción no se comportan como resistencias
óhmicas! A partir de aprox. 10 V, la corriente as-
ciende rápidamente hasta que con 12 V alcanza la
máxima intensidad de corriente permitida de 3 A.
Para el ajuste de un punto de operación, se reco-
mienda regular, en primer lugar, un límite de co-
rriente de 2 a 3 A y, a continuación, elevar lenta-
mente la tensión hasta aprox. 11 V, con lo cual la
corriente debe aumentar hasta aprox. 1 A. Ahora
fluye la corriente limitada, regulada posteriormen-
te, hasta aprox. 0,8 A. Estos ajustes ya no se vuel-
ven a modificar: hasta que se realice el experimen-
to, se interrumpe la corriente retirando sencilla-
mente el cable de la red. Por medio de la limita-
ción activa de corriente y su característica no
resistiva, la tensión y la corriente permanecen casi
constantes durante el experimento a pesar de la
variación de temperatura.
•
Mantenimiento: En principio, el equipo de equi-
valencia térmica no necesita mantenimiento. Para
su limpieza se lo puede frotar con un paño húme-
do (agua con agente de limpieza.) No se deben em-
plear soluciones para tal efecto. También se debe
evitar el sumergimiento en agua.
•
Los cilindros de fricción deben presentar un blan-
co metálico. En el caso de que se haya formado
alguna capa, ésta se puede eliminar con algún agen-
te de limpieza de metales.
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Dado el caso, se puede lavar la cuerda de fricción.
Como cuerda de recambio módica se puede em-
plear una cuerda trenzada de poliamida (p. ej. de
las adquiribles en ferreterías).
4. Ejecución y evaluación del experimento
4.1 Transformación de trabajo mecánico en calor
4.1.1 Ejecución del experimento
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Primero se determinan los diferentes pesos:
Peso principal (p. ej. cubo lleno de agua)
m
H
= 5,22 kg
Contrapeso (en la cuerda de fricción) m
G
= 0,019 kg
Cilindro de aluminio m
A
= 0,249 kg
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Otras magnitudes que se deben medir previamente:
Temperatura ambiente T
U
= 23,2 °C
Diámetro del cilindro en la superficie de fricción
D
R
= 45,75 mm
•
Después de que el cilindro de fricción se haya
enfriado, se lo atornilla a la placa soporte, se in-
serta el sensor de temperatura y se enrolla la cuer-