Equivalente Electrico

1.
OBJETIVOS
 Encontrar el equivalente eléctrico J.
 Empleo del método de mezclas para determinar la capacidad calorífica del
calorímetro.
 Empleo de la Ley de enfriamiento de Newton para determinar la temperatura final
T f de la condición ideal.
 Observación de los procesos de enfriamiento y calentamiento.
2. FUNDAMENTO TEORICO
3. MATERIALES
 Calorímetro con aislamiento térmico.

Agitador
Resistencia eléctrica.
Termómetro digital
Agua
 Fuente de alimentación eléctrica para la resistencia.

 Multímetro
 Cronometro (celular).
 Conjunto hornilla – recipiente (calentamiento de agua para método de mezclas).
 Balanza.
4. PROCEDIMENTO
4.1. PROCEDIMENTO POR EL METODO DE LAS MEZCLAS (Determinación de C C)
1. Pesar el calorímetro aun sin agua, pero incluidos la resistencia, el agitador y el

termómetro.
2. Verter hasta aproximadamente la mitad de la capacidad del calorímetro.
3. Pesar el calorímetro en esa condición (con el agua agregada), para obtener
indirectamente m 1.
4. Esperar un momento para asegurar que el sistema está en equilibrio térmico (a una sola
temperatura).
5. Medir la temperatura de equilibrio térmico inicial T 1.
6. Calentar agua en el conjunto hornilla – recipiente a una temperatura no mayor a los
60 ℃ .
7. Medir la temperatura de la misma T 2 y verter al calorímetro hasta casi llenarlo.
8. Usar el agitador para asegurar buena mezcla que favorezca el equilibrio térmico.
9. Medir permanentemente la temperatura hasta encontrar que esta se estabiliza y registrar
la T eq.
10. Pesar nuevamente el calorímetro con la mezcla de agua, de la resta de este valor con el
objeto en el paso 3, se obtiene m2.
4.2. PROCESO DE CALENTAMIENTO (Determinación de J).
1. Verter agua a temperatura ambiente en el calorímetro hasta casi llenarlo y acomode

adecuadamente los accesorios en su interior (resistencia eléctrica, agitador y
termómetro).
2. Pesar el sistema (calorímetro con agua) para calcular m A .
3. Medir con el multímetro el valor de la resistencia R1
4. Enchufar la fuente de alimentación y probar con un voltímetro la salida de voltaje y su
regulación, luego de familiarizarse con este equipo, consultar al docente el voltaje
apropiado a usarse o, revisar las especificaciones que da el fabricante del calorímetro.
5. Apagar momentáneamente el equipo.
6. Conectar la resistencia a la fuente de alimentación.
7. Conectar el voltímetro en paralelo a la resistencia (figura 4), solicitar apoyo del
docente.
8. Encender el equipo para suministrar energía eléctrica a la resistencia R.
9. Esperar a que la temperatura empiece a incrementarse y registre el valor como T i y
simultáneamente iniciar el cronometro en t=0 .
10. Medir la temperatura cada 30 segundos durante el tiempo que tome calentar el agua a
no más de 50℃ .
11. Registrar el voltaje V indicado por el voltímetro y verificar si este se mantiene
constante en el proceso de calentamiento.
12. Cortar el suministro de energía eléctrica cuando está a menos de 50℃ . Y registre este
valor como T max, registrar el tiempo acumulado como t 0, y continuar midiendo la
temperatura cada 60 segundos de modo de obtener datos para la curva de enfriamiento.
13. Volver a medir el valor de la resistencia R2, pues R=( R1 + R2 ) / 2.
NOTA: Es recomendable medir las temperaturas inclusive en los procesos de transición

(transitorios), pero estos no serán utilizados en los cálculos de los procesos de calentamiento y
enfriamiento.
5. DATOS OBTENIDOS
constantes
Medida indirecta
T a(temperatura ambiente): 15 ℃
m C (masa del calorímetro): 194.9 gr
Asumidos
C A (calor especifico del agua): 1 cal/ g℃
g (constante de gravedad): 9.775 m/s^2
CALCULO DE Cc POR EL METODO DE LAS MEZCLAS
Medida directa medida indirecta

m1 C (masa del calorímetro con agua): 286.2 gr m 1=m 1 C −mC : 91.3 g
T 1 (temperatura del calorímetro con agua): 13 ℃
T 2 (temperatura del agua m2): 83 ℃
m2 C (masa del calorímetro más mezclas de agua): 344.7 gr
m2=m2 C −m1−mC : 58.5 g
T eq (temperatura de equilibrio): 39 ℃
PEOCESO DE CALENTAMIENTO
Medida directa
R1 (resistencia antes de calentar): 9.1 Ω
m AC (masa del calorímetro más agua “m A ”): 330.4 gr m A =m AC −mC : 135.5 g
V (voltaje aplicado a la resistencia): 6 Volt
T max [ ° K ] (máxima temperatura alcanzada): 27.02 ℃
t 0 (tiempo de calentamiento):6 min=360 s
R2 (resistencia despues de calentar): 27 Ω
n Tiempo (min) Temperatura (°C)

1 1 14
2 2.17 15
3 2.48 16
4 4.23 17
5 6.09 18
6 8.23 20
7 9.3 21
8 10.2 22
9 11.54 23
10 14.25 24
11 17.08 25
6. CALCULOS VALORES
1. Calculo de C C por el método de las mezclas
Aplicando la ecuación (12) tenemos:

m2 ∙C A ∙ ( T 2 −T eq )
C C= −m1 ∙ C A
( T eq−T 1 )
DATOS:
m2=58.5 g
m1=91.3 g
C A=1 cal/ g ℃
T eq=39℃
T 2=83 ℃
T 1=13 ℃
Reemplazando datos:
58.5 g ∙ 1cal /g ℃ ∙ ( 83 ℃−39 ℃ )
C C= −91.3 g ∙ 1cal /g ℃
( 39 ℃−13℃ )
C C =7.7 [ cal/℃ ]
2. Calculo del equivalente eléctrico J , empleando T f todavía sin corregir con la Ley de
enfriamiento de Newton, nótese que en ec. (8), en lugar de T f se usa T max
2
, V ∙ t0
J= ec (16)
R ∙ ( C C + m A ∙C A ) ∙ ( T max −T i )
Reemplazando datos:
, (6 V )2 ∙ 360 s
J=
9.1 Ω∙ ( 7.7 [ cal /℃ ] +135.5 g ∙ 1 cal/ g℃ ) ∙ ( 27.02 ℃−25 ℃ )
J , =4.92 [ J /cal ]
3. Obtención de K promedio empleado tabla 1
n t T T*t T^2 t^2

1 0 14 0 196 0
2 130.2 15 1953 225 16952.04
3 148.8 16 2380.8 256 22141.44
4 253.8 17 4314.6 289 64414.44
5 365.4 18 6577.2 324 133517.16
6 493.8 20 9876 400 243838.44
7 558 21 11718 441 311364
8 612 22 13464 484 374544
9 692.4 23 15925.2 529 479417.76
10 855 24 20520 576 731025
11 1024.8 25 25620 625 1050215.04
Σ 5134.2 215 112348.8 4345 3427429.32
T vs t
30
25 f(x) = 0.011924220758337 x + 13.9148375033678

R² = 0.974625044425916
20
15
10
0
0 200 400 600 800 1000 1200
−kt
y=a−bx ò T =Tmax e → log T =logTmax−kt :b=k
n T t log T log t T^t T^2 t^2

1 14 60 1.14612804 1.77815125 2.037989 1.31360947 3.16182187
2 15 130.2 1.17609126 2.11461098 2.48697549 1.38319065 4.47157961
3 16 148.8 1.20411998 2.17260293 2.6160746 1.44990493 4.7202035
4 17 253.8 1.23044892 2.40449162 2.95860412 1.51400455 5.78157994
5 18 365.4 1.25527251 2.56276854 3.21697289 1.57570906 6.56778261
6 20 493.8 1.30103 2.69355109 3.50439076 1.69267905 7.25521745
7 21 558 1.32221929 2.7466342 3.63165273 1.74826386 7.54399942
8 22 612 1.34242268 2.78675142 3.74099831 1.80209865 7.76598349
9 23 692.4 1.36172784 2.84035706 3.86779327 1.8543027 8.06762822
10 24 855 1.38021124 2.93196611 4.04673259 1.90498307 8.5964253
11 25 1024.8 1.39794001 3.01063912 4.20869287 1.95423627 9.06394789
Σ 215 5194.2 14.1176118 28.0425243 36.3168766 18.1929823 72.9961693
a=0.023 ; b=k =1.2; r =0.987
−K ∙ t0
T f =T a + b∗t 0 ∙ e
T f =27.26 ℃
Reemplazando este valor en ec. (16) T f en lugar de T max
, V 2∙ t 0
J= ec (16)
R ∙ ( C C + m A ∙C A ) ∙ ( T f −T i )
2
, (6 V ) ∙ 360 s
J=
9.1 Ω∙ ( 7.7 [ cal /℃ ] +135.5 g ∙ 1 cal/ g℃ ) ∙ ( 27.26 ℃−25 ℃ )
J , =4.61 [ J /cal ]
VALIDACION DE LA HIPOTESIS
m2∗C A∗( T 1 −T 2 )
U CC =1.02 2
( T eq−T 2 )
58.5∗1∗( 13−83 )
U CC =1.02
( 39−83 )2
U CC =2.15
2
V ∙t 0
UJ= 2
∗U CC
R ∙ ( C C + mA ∙ C A ) ∙ ( T f −T i )
U J =0.07 J /cal
Por lo que J=4.61 ±0,07 J /cal; es decir J encontrado experimentalmente está en el

intervalo [ 4.04 ; 4.82 ] , con ello se valida la hipótesis nula, ya que J=4.61 J /cal.
7. CUESTIONARIO
1. Con los datos que se obtuvo en el experimento ,¿ se cumple

T f ≥ T max ? ;¿con cualde lasdos temperaturas , se obtiene un valor de J más
próximo al teórico? Comente la relación.
-si se cumple, el más próximo fue calculado con la temperatura máxima corregida,
usando la ley de enfriamiento de Newton. Esto es debido a que se tomaron en cuenta
más aspectos del calorímetro, para tener una temperatura real y no idealizar esta.
2. En el presente experimento se consideró como única fuente de incertidumbre a la

medida de Teq en la determinación de CC, ¿Qué otras fuentes de incertidumbre
considera se podrían también haber tomado en cuenta?
3. Con los resultados que obtuvo con su grupo de trabajo, ¿valido la hipótesis nula?, de
no ser así ¿Cuál sería el motivo?
-en el laboratorio se pudo validar la hipótesis nula, mediante los cálculos

experimentales que se obtuvo en los cálculos realizados y verificando con los datos
teóricos.
4. Explique en qué medida influye la magnitud del calor especifico y masa de la
resistencia eléctrica a emplearse en el experimento.
-una resistencia de un calor especifico alto y gran masa, tarda mucho tiempo en
calentar, como tiempo en enfriarse. El material del laboratorio nos brinda un foco que
es de poca masa y capacidad calorífica no mucho más alta que la dela gua, hecho que
no influye de gran manera en el laboratorio.
5. ¿Por qué se debe calcular la capacidad calorífica del calorímetro con todos sus
accesorios?, ¿Sería recomendable retirar la resistencia del calorímetro en to (final
del proceso de calentamiento) para evitar que esta siga calentando al agua?
-se debe calcular la capacidad calorífica del calorímetro con todos sus accesorios
debido a que estos también calentarse todos al mismo tiempo y estos deben estar a la
misma temperatura. Si, por ejemplo introduciríamos el mezclador frio, del ambiente,
estaríamos perdiendo calor al calentar el mezclador.
No es recomendable retirar la resistencia para el proceso de enfriamiento, ya que la
capacidad calorífica del calorímetro cambia.

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1.

 Calorímetro con aislamiento térmico.

 Fuente de alimentación eléctrica para la resistencia.

4.1. PROCEDIMENTO POR EL METODO DE LAS MEZCLAS (Determinación de C C)

1. Pesar el calorímetro aun sin agua, pero incluidos la resistencia, el agitador y el

4.2. PROCESO DE CALENTAMIENTO (Determinación de J).

1. Verter agua a temperatura ambiente en el calorímetro hasta casi llenarlo y acomode

NOTA: Es recomendable medir las temperaturas inclusive en los procesos de transición

CALCULO DE Cc POR EL METODO DE LAS MEZCLAS

Medida directa medida indirecta

n Tiempo (min) Temperatura (°C)

1. Calculo de C C por el método de las mezclas

Aplicando la ecuación (12) tenemos:

3. Obtención de K promedio empleado tabla 1

n t T T*t T^2 t^2

25 f(x) = 0.011924220758337 x + 13.9148375033678

n T t log T log t T^t T^2 t^2

a=0.023 ; b=k =1.2; r =0.987

Por lo que J=4.61 ±0,07 J /cal; es decir J encontrado experimentalmente está en el

1. Con los datos que se obtuvo en el experimento ,¿ se cumple

2. En el presente experimento se consideró como única fuente de incertidumbre a la

-en el laboratorio se pudo validar la hipótesis nula, mediante los cálculos

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