8/12/2019 Prctica 5 Laboratorio de Termodinmica (1)

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LABORATORIO DE TERMODINMICA

Prctica #5Conversin de trabajo a calor

Integrantes:Alvarado Snchez Daro Adalid Grupo de teora: 03

Garca Hernndez Francisco Moiss Grupo de teora: 13Mogolln Ferrusquia ngel Leonardo Grupo de teora: 03

Luz Lpez rick Francisco Grupo de teora: 02Bentez Rubn Edgar Josu Grupo de teora: 12

Grupo de laboratorio: 02

Fecha de entrega:23/09/2013

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OBJETIVOS Obtener el valor de la equivalencia entre trabajo y calor.

Determinar el trabajo y el calor asociados a un sistema mecnico

INTRODUCCIN Desde el punto de vista de la termodinmica, el trabajo es un concepto ms extenso queel tradicionalmente utilizado en la mecnica clsica. Se define como:La energa transferida a travs de las fronteras de un sistema en forma organizada y cuyouso exclusivo sea la elevacin de un sistema.Una energa en trnsito entre un sistema y su entorno, a travs de aquellos lmites delsistema en que no existe transferencia de masa y como consecuencia de la diferencia de

una propiedad intensiva, que no sea la temperatura, entre el sistema y su entorno.El trabajo realizado para pasar de un estado inicial de equilibrio a un estado final deequilibrio puede tomar cualquier valor, dependiendo de la trayectoria que se elija. Eltrabajo no es una propiedad ya que no es posible especificarlo por el slo conocimientodel estado termodinmico del sistemaLa transmisin de energa mediante un eje rotatorio es muy comn en los sistemastermodinmicos. El momento de torsin o torque aplicado al eje se considera constante,lo cual significa que la fuerza F aplicada tambin se considera constante. Para undeterminado momento de torsin o torque constante, el trabajo realizado durante N

revoluciones se determina as:Una fuerza F que acta por medio de un brazo de momento r genera un momento detorsin M.

Donde:

; ( )

Es el trabajo que se necesita para que el sistema gire 360, para que el sistema gire Nveces, el trabajo que se aplica es:

( )

En el experimento de Joule se determina el equivalente mecnico del calor, es decir, larelacin entre energa mecnica y la energa trmica (energa en forma de calor).Mediante este experimento, se pretende poner de manifiesto la cantidad de energa que

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es necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la temperatura de unvolumen de agua.El trabajo de eje o flecha es muy til en la industria automotriz, principalmente porque elcambio de velocidades funciona por medio de un conjunto de engranes a los cuales untrabajo de flecha les permite usar engranes ms pequeos conforme mayor sea lavelocidad requerida por el automvil y esto se da gracias al trabajo de flecha realizado porel tubo central a todos los engranes.

METODOLOGA.Cantidad Material

1 Aparato del equivalente mecnico de calor.3 Masas de 100, 200 y 500 (g)1 Termopar de cromel-alumel (color amarillo)

1 Multmetro digital.1. Realizar el montaje del equipo como se indica en la figura.

2. Dar de dos a cinco vueltas de la cinta nylon alrededor del cilindro de aluminiocuidando que el cilindro gire libremente.3. Colocar todas las masas en el extremo de la cinta, cuidando que queden a unadistancia corta del suelo.

4. Tomar la temperatura del cilindro de aluminio con el termopar.5. Hacer girar el cilindro de aluminio con la manivela. Dar 300 vueltas con una rapidezconstante.6. Tomar la temperatura del cilindro de aluminio en el mismo lugar de la medicinanterior.7. Desmontar el equipo.

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DESARROLLO1) Comenzamos la prctica una vez montado el Aparato del equivalente mecnico

del calor enrollando con solo una vuelta de la cinta nylon alrededor del cilindrode aluminio y dejando suspendida en la misma la primera masa, que era de100[g], mientras un miembro del equipo preparaba el termopar para lamedicin.

2) Tomamos la temperatura de la superficie del cilindro de aluminio justo debajode donde estaba enrollada la cinta nylon con el termopar.

3) Le dimos 150 vueltas a la manija con la masa suspendida4) Medimos la temperatura de la superficie del cilindro de aluminio, justo debajo

de donde se encontraba la cinta nylon, con el termopar.5) Dejamos pasar dos minutos (con el fin de que se enfriara el cilindro de

aluminio).6) Cambiamos la masa suspendida, aadimos la de 200[g], teniendo un total de

300[g] suspendidos en la cinta nylon.7) Tomamos la temperatura de la superficie del cilindro de aluminio justo debajo

de donde estaba enrollada la cinta nylon con el termopar.8) Le dimos 150 vueltas a la manija con la masa suspendida9) Medimos la temperatura de la superficie del cilindro de aluminio, justo debajo

de donde se encontraba la cinta nylon, con el termopar.10) Dejamos pasar dos minutos (con el fin de que se enfriara el cilindro de

aluminio).11) Cambiamos la masa suspendida, retiramos la de 100[g] y aadimos la de

500[g], junto con la de 200[g], para tener suspendidos 700[g] en total.12) Tomamos la temperatura de la superficie del cilindro de aluminio justo debajo

de donde estaba enrollada la cinta nylon con el termopar.13) Le dimos 150 vueltas a la manija con la masa suspendida14) Medimos la temperatura de la superficie del cilindro de aluminio, justo debajo

de donde se encontraba la cinta nylon, con el termopar.

RESULTADOSTi

[C]Tf

[C]N D [m] CAl

[cal/g C]mAl [kg]

ms [kg]

Q[cal]

W [J] EMC1[cal]=

% Error

18.4 19.8 150 .0473 .22 .2 .1 61.6 21.95 .3563 91.49%19.8 20.1 150 .0473 .22 .2 .3 13.2 65.85 4.989 19.18%20 20.4 150 .0473 .22 .2 .7 17.6 153.66 8.731 108.57%

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Donde:Ti = Temperatura inicialTf = Temperatura final N = Nmero de vueltasD = Dimetro del cilindroCAl= Capacidad trmica especfica del aluminiomAl= Masa del aluminioms = Masa suspendidag = 9.78[m/s 2]Q = Flujo de energa trmicaW = TrabajoEMC= Equivalente mecnico del calor (valor terico = 4.186[J]=1[cal])

CONCLUSIONESAlvarado Snchez Daro Adalid.Cuanto ms se aument la masa que suspenda del sistema mayor resultaba elincremento de temperatura mostrado por el mismo sistema. Esto debido a la relacin quehay entre el trabajo realizado con respecto de la masa que ejerce una fuerza sobre el eje ola flecha. Esto provoc que conforme mayor fuera la masa suspendida tendiera aaumentar la diferencia de temperatura, ya que el resto de las constantes se mantenanvariables. Esta prctica result, adems de sencilla muy demostrativa pues lograejemplificar de manera muy sencilla la relacin directa entre las variables que se manejanen el experimento y el trabajo realizado por el mismo conversor.

BENITEZ RUBIN EDGAR JOSUEPor medio de esta prctica pudimos darnos cuenta como Joule hizo la conversin deltrabajo realizado ah caloras aumentando diferentes masas y dndose cuenta que aunquemayor sea la masa le da la misma conversin que es 1 calora= 4.186 (J) Todo esto puedeexpresarse matemticamente para dar resultados exactos. Si no existiese un equivalente,eso no se podra.

La energa mecnica se puede transformar en energa trmicaExisten diversos mtodos para hallar el equivalente mecnico del calor, para lograrlodepende del sistema que trabajemos y con los materiales que tengamos a disposicin.

Mogolln Ferrusquia Angel Leonardo.Al realizar esta prctica pudimos observar en los resultados que al ir incrementando lamasa en el sistema, se mostraba un mayor incremento de energa. Esto se puede

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comprobar por el experimento de Joule ya que determina la relacin que existe entreenerga mecnica y la energa trmica energa en forma de calor. El experimento deJoule es principio de muchas cosas aplicadas en la vida real, y lo podemos ver muyfcilmente al meternos a una termoelctrica, ya que su sustancia de trabajo es el vapor deagua desmineralizado para no causar mayor desgaste y es el que pasa por una turbia

generando un trabajo de eje o flecha y energa en forma de calor ya que las molculas delvapor de agua chocan con las paredes de la tubera y causan una cierta fraccin quellevaba a un aumento de temperatura. As como tambin es muy til en la industriaautomotriz. En el segundo evento pudimos notar unamuy cercana aproximacin al valorterico que debamos obtener, adems que en dos casos pudimos registrar un porcentajede error mayor al 100%, probablemente debido a que el termopar proporcionado en ellaboratorio tena alguna deficiencia.

Garca Hernndez Francisco Moiss.

En esta prctica no llegamos a los resultados esperados, nuestro segundo evento fue elque ms se acerc al valor terico de equivalencia entre joules y caloras, aunque tuvo unmargen de error de casi el 20%, que es an muy alto. Posiblemente se deba a un error enel termopar que nos fue asignado para realizar la prctica, ya que, cotejando losresultados con los de compaeros de otras brigadas, las diferencias de temperatura queellos registraban eran mayores. El termopar registraba la misma temperatura final alrealizar un evento pasados los 2 minutos recomendados para que la temperaturadisminuyera. Cada vez que realizamos un evento el incremento de temperatura fuemenor.

La importancia de la equivalencia de unidades entre joules (flujo de energa enforma de trabajo mecnico, magntico, elctrico, etc.) y calor (flujo de energa trmica) esgrande, ya que se puede aplicar al momento de buscar conocer la eficiencia de unautomvil, siendo una base fundamental para trabajar su diseo aerodinmico y sistemasde conversin del trabajo trmico al trabajo mecnico, y la equivalencia de sus unidadesfacilitan en gran medida el estudio. Otra posible aplicacin es la bsqueda decombustibles ms eficientes para usarlos en vehculos destinados al trfico aeroespacial(buscar el costo mnimo a cambio del mejor aprovechamiento por litro), o la bsqueda de

fuentes de energa, diferentes a un combustible.

Luz Lpez Erick Francisco.

Energa es un trmino que en la actualidad es ampliamente usado, sin embargo es difcildefinirla y ms aun comprenderla, sin embargo a travs del tiempo los estudios han

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permitido desvelar la forma en la cual se comporta haciendo que la humanidad puedasacarle provecho.

Es de notar que las mediciones no fueron precisas aun que permitieron ver la naturalezade los datos y el comportamiento del sistema.

En esta prctica se nos permiti estudiar una de esas formas de comportamiento,produciendo a partir de energa mecnica (trabajo) a calor.

Para mi es importante que finalmente me quedo claro que no son lo mismo los diferentestipos de energa pero ello no implica que se puedan transformar.

En esta prctica se observo como la energa se puede transformar y se permiti vertambin que en dicha transformacin siempre habr energa que se transforme enenerga de bajo nivel, es decir que no toda la energa se transformara en un solo tipodiferente de esta, aun que el producto ser principalmente de un solo tipo.

Por lo tanto la prctica cumpli sus propsitos y aun cuando las mediciones fueron muyimprecisas, al aproximarnos ms a la comprensin de la energa, su forma de interaccin yla forma en la cual se pueden provocar dichos cambios.