3B Scientific Heat Equivalent Apparatus - Manual (Page 19)

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R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C R R R R R / k / k / k / k / k Ω Ω Ω Ω Ω T T T T T / / / / / °C C C C C
7,86 14,97 6,78 18,19 5,70 22,05 4,62 26,84 3,54 33,10
7,84 15,03 6,76 18,26 5,68 22,13 4,60 26,94 3,52 33,24
7,82 15,08 6,74 18,32 5,66 22,21 4,58 27,04 3,50 33,38
7,80 15,14 6,72 18,39 5,64 22,29 4,56 27,14 3,48 33,51
7,78 15,19 6,70 18,45 5,62 22,37 4,54 27,24 3,46 33,65
7,76 15,25 6,68 18,52 5,60 22,45 4,52 27,35 3,44 33,79
7,74 15,31 6,66 18,58 5,58 22,53 4,50 27,45 3,42 33,93
7,72 15,36 6,64 18,65 5,56 22,61 4,48 27,55 3,40 34,07
7,70 15,42 6,62 18,72 5,54 22,69 4,46 27,66 3,38 34,22
7,68 15,47 6,60 18,78 5,52 22,77 4,44 27,76 3,36 34,36
Relación entre resistencia y temperatura en los sensores de temperatura
da de fricción alrededor del cilindro (véase apar-
tado 3). Tras un par de minutos, los cuales deben
transcurrir para que se produzca una repartición
homogénea de la temperatura, la resistencia del
sensor de temperatura es de R
1
= 8,00 k
Ω
(correspondientemente, T
1
= 14,60 °C, de acuer-
do con la ecuación 1).
•
Después del control del ajuste a cero del contador,
se inicia el experimento, para lo cual se da vuelta a
la manivela con lo que el peso principal se eleva del
suelo. Ahora el contrapeso se asienta en el suelo,
con lo que la cuerda de fricción se tensa levemente
y ejerce algo de fricción sobre el cilindro. El peso
principal se mantiene ahora en su altura y debe
permanecer así durante todo el experimento.
•
Después de n = 460 revoluciones finaliza el expe-
rimento y se lee el valor de la resistencia:
R
2
= 3,99 k
Ω
(T
2
= 30,26 °C). Dado que directa-
mente tras la finalización del experimento la tem-
peratura asciende levemente (homogeneización
de la distribución de la temperatura), se anota
como valor de medida el valor mínimo de resis-
tencia que se alcanzó unos segundos después de
la finalización del experimento. Después, la resis-
tencia vuelve a ascender, dado que la temperatu-
ra del cilindro desciende debido al intercambio
de calor con el medio ambiente.
4.1.2 Evaluación del experimento
•
El trabajo W se define como el producto de la fuer-
za F y el desplazamiento s
W = Fs
(2)
•
Durante la fricción actúa la fuerza
F = m
A
g (3)
(siendo g la aceleración terrestre) a lo largo del
desplazamiento
s = F n
π
D
r
(4)
•
La introducción de las ecuaciones 3 y 4 en 2 con-
duce a:
W = m
A
gn
π
D
R
=5,22 x 9,81
x 460 x 3,1416 x 0,04575 Nm = 3386 Nm (5)
•
El calor almacenado en el cilindro de fricción
∆
Q
se obtiene a partir de la diferencia de temperatu-
ra (T
2
– T
1
) y la capacidad térmica específica indi-
cada en el apartado 2:
∆
Q = c
A
m
A
(T
2
– T
1
) = 0,86 x 0,249
x (30,26 – 14,60) kJ = 3353 J (6)
•
En este ejemplo, la discrepancia entre el trabajo
mecánico y el calor es de solamente 1%. No obs-
tante, debido a las tolerancias inevitables en la
composición del material (el aluminio puro es
muy suave y es apenas posible procesarlo mecá-
nicamente, por lo que siempre se emplean alea-
ciones) se pueden presentar discrepancias nota-
bles en la capacidad térmica especifica. Ésta se
debe determinar individualmente para cada ci-
lindro de fricción. La manera más sencilla de ha-
cerlo se basa en el calentamiento eléctrico y en la
equivalencia del calor y la energía eléctrica.
4.2 Transformación de la energía eléctrica en calor
4.2.1 Ejecución del experimento
•
Después del enfriamiento del cilindro de fricción,
se lo atornilla al soporte (iguales condiciones de
experimentación que en el experimento de fric-
ción) y se inserta el sensor de temperatura. Tras
un par de minutos, los cuales deben transcurrir
para que se produzca una repartición homogé-
nea de la temperatura, la resistencia del sensor
de temperatura es de R
1
= 8,00 k
Ω
(correspondientemente, T
1
= 14,60 °C, de acuer-
do con la ecuación 1).
•
Ahora se conecta la fuente de alimentación pre-
viamente ajustada (véase apartado 3) al elemen-
to de calefacción y se inicia el conteo con un cro-
nómetro. Se anota la tensión y la corriente (indi-
cación en la fuente de alimentación):
U = 11,0 V ,
Ι
= 0,510 A
•
Después de t = 600 s finaliza el experimento y se
lee el valor de la resistencia:
R
2
= 3,98 k
Ω
(T
2
= 30,32 °C).
4.2.2 Evaluación del experimento
•
La energía eléctrica E es el producto de la poten-
cia P y el tiempo t. La potencia, por su parte, es el
producto de la tensión y la corriente. De acuerdo
a lo anterior, es válido:
E U T = = 11,0 x 0,512 x 600 = 3379Ws I (7)
•
En este experimento, el calor suministrado es de
∆
Q = c
A
m
A
(T
2
– T
1
) = 0,86 x 0,249
x (30,32-14,60) kJ = 3366 J (8)
•
También aquí la concordancia entre E y
∆
Q es bas-
tante buena.