¿QUE ES EL EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR? - EXPERIMENTO DE JOULE
Summary
TLDREn este vídeo se explica el equivalente mecánico del calor, mostrando un experimento de Yul con agua en un contenedor aislado y una rueda de paletas impulsada por bloques caídos. Se calcula que la pérdida de energía potencial de los bloques es igual al trabajo realizado por la rueda sobre el agua, lo que aumenta la temperatura del agua por fricción. Se usa la relación encontrada por Yul entre pérdida de energía mecánica, masa del agua y aumento de temperatura para demostrar el equivalente mecánico del calor, que es 4.186 joules/caloría. Se resuelve un ejercicio práctico para calcular el aumento de temperatura del agua al caer los bloques.
Takeaways
- 🔧 El equivalente mecánico del calor es un concepto que explica cómo la energía mecánica se puede convertir en energía térmica.
- 💧 En el experimento de Yul, el calor se produce a través del trabajo realizado por una rueda de paletas giratoria impulsada por bloques caídos.
- 📉 La pérdida de energía potencial de los bloques caídos es igual al trabajo realizado por la rueda de paletas sobre el agua.
- 🔢 Se asume que la pérdida de energía en los cojinetes y a través de las paredes es despreciable.
- 📉 La pérdida de energía mecánica es proporcional al producto de la masa del agua y el aumento de temperatura del agua.
- 🔄 La constante de proporción encontrada por Yul es de 4.18 julios por cada gramo y por cada grado centígrado.
- 🌡️ El equivalente mecánico del calor indica que una caloría de energía térmica es igual a 4.186 julios de energía mecánica.
- 📚 El ejercicio del vídeo nos guía a calcular el aumento de temperatura del agua usando la energía potencial y el trabajo realizado.
- 📐 La energía potencial almacenada en los bloques es calculada multiplicando la masa por la gravedad y la altura a la que caen.
- 🔥 El calor generado por la rueda de paletas es igual a la energía potencial convertida, y se calcula a través de la masa del agua, su calor específico y el cambio de temperatura.
- ⏫ El resultado del ejercicio muestra que un incremento de temperatura de 0.105 grados centígrados se produce en el agua debido al trabajo realizado por los bloques.
Q & A
¿Qué es el equivalente mecánico del calor?
-El equivalente mecánico del calor es la relación entre la energía térmica y la energía mecánica. Se establece que una caloría de energía térmica es igual a 4.186 julios de energía mecánica.
¿Qué es el experimento más famoso de James Prescott Joule?
-El experimento más famoso de James Prescott Joule es el que se describe en el guion, donde utiliza un contenedor de agua y una rueda de paletas giratoria impulsada por bloques que caen para demostrar la relación entre la energía mecánica y la energía térmica.
¿Cómo se mide la pérdida de energía potencial en el experimento de Joule?
-La pérdida de energía potencial se mide como la energía que los bloques pierden al caer, que es igual al trabajo invertido por la rueda de paletas sobre el agua.
¿Cuál es la constante proporcional que encontró Joule entre la pérdida de energía mecánica y la temperatura del agua?
-Joule encontró que la pérdida de energía mecánica es proporcional al producto de la masa del agua y el aumento de temperatura, con una constante de 4.18 julios por cada gramo y por cada grado centígrado.
¿Cómo se calcula la energía potencial en el experimento de Joule?
-La energía potencial en el experimento de Joule se calcula multiplicando la masa de los bloques por la gravedad y por la altura a la que caen los bloques.
¿Cuál es la relación entre la energía mecánica y la energía térmica en el experimento?
-En el experimento, la energía mecánica obtenida de los bloques en movimiento se convierte en trabajo, que a su vez se traduce en calor producido por la fricción entre las paletas y el agua.
Si los bloques caen una distancia de 3 metros, ¿cuál es el aumento en la temperatura del agua?
-El aumento en la temperatura del agua después de que los bloques caen una distancia de 3 metros es de 0.105 grados centígrados.
¿Cuál es la masa de agua utilizada en el ejercicio propuesto en el guion?
-La masa de agua utilizada en el ejercicio es de 200 gramos, que es equivalente a 0.2 kilogramos.
¿Cuál es la masa de cada uno de los bloques en el ejercicio?
-La masa de cada uno de los bloques en el ejercicio es de 15 kilogramos.
¿Cómo se determina la cantidad de calor que se produce en el agua?
-La cantidad de calor que se produce en el agua se determina por la masa del agua multiplicada por el calor específico del agua y por el cambio de temperatura.
¿Qué significa el calor específico del agua y cómo se mide?
-El calor específico del agua es la cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de un kilogramo de agua en un grado centígrado. Se mide en julios por kilogramo y por grado centígrado.
Outlines
🔧 Experimento de Yul y equivalente mecánico del calor
Este párrafo describe un experimento clásico de termodinámica realizado por James Prescott Joule. Se presenta un diagrama que muestra un contenedor de agua aislado térmicamente y una rueda de paletas giratoria impulsada por bloques pesados que caen. La pérdida de energía mecánica al rozar los cojinetes y los muros del contenedor es despreciable, permitiendo que la pérdida de energía potencial de los bloques caídos se transforme en trabajo mecánico. Este trabajo se convierte en calor a través de la fricción entre las paletas y el agua. La relación entre la pérdida de energía mecánica y el aumento de temperatura del agua es proporcional, con una constante de proporcionalidad de 4.18 julios por gramo y por grado centígrados. Esto demuestra que la energía térmica de una caloría es equivalente a 4.186 julios de energía mecánica.
📐 Ejercicio de aplicación del principio del equivalente mecánico del calor
En este segundo párrafo, se presenta un ejercicio práctico basado en el principio del equivalente mecánico del calor. Se describe un escenario en el que dos bloques de 15 kilogramos cada uno caen desde una altura de 3 metros en un tanque aislado que contiene 200 gramos de agua. El objetivo es calcular el aumento de temperatura del agua tras la caída de los bloques. Se usa la fórmula de energía potencial, multiplicando la masa de los bloques por la gravedad y la altura de caída, para encontrar la energía potencial almacenada. Esta energía se transforma en trabajo y, a través de la fricción, en calor que aumenta la temperatura del agua. Se establece una ecuación que relaciona la energía mecánica con la energía térmica, considerando la masa del agua, su calor específico y el cambio de temperatura. Al reemplazar los valores correspondientes, se obtiene un aumento de temperatura de 0.105 grados centígrados.
Mindmap
Keywords
💡Energía mecánica
💡Energía térmica
💡Rueda de paletas
💡Contenedor térmicamente aislado
💡Fricción
💡Energía potencial
💡Experimento de Yul
💡Equivalente mecánico del calor
💡Calor específico
💡Incremento de temperatura
Highlights
El vídeo enseña el equivalente mecánico del calor.
Se explica el famoso experimento de Yul con un diagrama esquemático.
Un contenedor con agua está aislado térmicamente.
Se invierte trabajo mediante una rueda de paletas giratoria.
Pesados bloques caen con rapidez constante impulsando la rueda.
La pérdida de energía en los cojinetes y paredes es despreciable.
La pérdida de energía potencial de los bloques es igual al trabajo invertido por la rueda de paletas sobre el agua.
La temperatura del agua aumenta debido a la fricción entre las paletas y el agua.
Se describe la relación entre pérdida de energía mecánica y aumento de temperatura del agua.
La constante proporcional encontrada por Yul es de 4.18 joules por gramo y por grado centígrado.
Se explica que 4.18 joules de energía mecánica elevan la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado.
Se introduce el equivalente mecánico del calor y su relación con la energía térmica de una caloría.
Se propone hacer el ejercicio 2 del capítulo 20 de la física de Sherwin.
Se describe el aparato de Yul con bloques de 15 kilogramos cada uno.
Se calcula el aumento en la temperatura del agua después de que los bloques caen una distancia de 3 metros.
Se explica que la energía potencial almacenada en los bloques se convierte en trabajo y calor.
Se establece la ecuación para calcular el cambio de temperatura del agua.
Se reemplazan los valores para obtener el incremento de temperatura del agua.
El incremento de temperatura del agua es de 0.105 grados centígrados.
Transcripts
no
[Música]
hola en este vídeo quiero enseñarte que
es el equivalente mecánico del calor y
quiero que también me acompañes a hacer
un ejercicio del tema en la figura se
muestra un diagrama esquemático del
experimento más famoso de yul el sistema
de interés es el agua en un contenedor
térmicamente aislado sobre el agua se
invierte el trabajo mediante una rueda
de paletas giratoria como esta mineral
que se impulsa mediante pesados bloques
que caen con una rapidez constante que
son estos dos si la pérdida de energía
en los cojinetes y a través de las
paredes es despreciable o sea el
rozamiento acá y es en estos sistemas es
despreciable
entonces la pérdida de energía potencial
del sistema bloques tierra por ellos van
cayendo van perdiendo toda su energía
potencial
mientras los bloques caen es igual al
trabajo invertido por la rueda de
paletas sobre el agua difícil que esta
rueda de paletas hace trabajo sobre el
agua si los dos bloques acá en una
distancia h la pérdida de energía
potencial es 2 mph
la energía potencial ni un solo bloque
citó es más agrade altura como son 2
será 12 m h donde m es la masa de cada
bloque esta energía hace que la
temperatura del agua aumente debido a la
fricción entre las paletas y el agua ahí
se puede ver esa fricción al variar las
condiciones del experimento llull
encontró que la pérdida de energía
mecánica es proporcional al producto de
la masa del agua y el aumento de
temperatura del agua
la constante proporción área que él
encontró es 4,18 jules por cada gramo y
por cada grado centígrado por lo tanto
los 4,18 jules de energía mecánica que
se obtiene de las masas en movimiento
elevan la temperatura de un gramo de
agua en un grado centígrado y esto es lo
que se conoce como el equivalente
mecánico del calor y este equivalente es
que la energía térmica de una caloría es
igual a la energía mecánica de 4.186
jules ahora como complemento al vídeo
vamos a hacer el ejercicio 2 del
capítulo 20 de la física de sherwin que
dice
si el aparato de jules descrito en la
figura este es el aparato de la masa de
cada uno de los bloques es de 15
kilogramos entonces vamos a que anotar
los datos masa 15 kilogramos cada uno de
estos bloques hitos no este bloque citó
que aquí dice 33 en este caso me dicen
considere los sólo coloque bloques de 15
kilogramos y el tanque aislado está
lleno con 200 gramos de agua pues masa
de agua masa de la ch 2 o del agua o sea
el líquido que está dentro es agua y hay
200 gramos de agua que ya sabemos que
200 gramos de 0,2 kilogramos de agua y
me preguntan acá cuál es el aumento en
la temperatura del agua después de que
los bloques caen una distancia de 3
metros
entonces la altura que van a descender
los bloques son tres metros y cuál es el
cambio en la temperatura en el agua
bueno y ahí está el ejercicio lo vamos a
hacer tal como yo lo hizo entonces que
hizo jules dijo yo tengo energía
potencial almacenada en este par de
bloque citó en méxico cuánta energía
potencial tengo
por cada bloque masa gravedad altura
como son dos bloques la energía
potencial almacenada en los dos bloques
será dos veces la masa entonces 1.5
kilogramos es la masa de cada bloque por
la gravedad ya sabemos que es 9,8 metros
sobre segundo cuadrado y por la altura
la altura que pueden descender esos
bloques esos bloques están en capacidad
de descender 3 metros y ahí ya saco la
energía potencial almacenada en los
bloques la operación nos da 80 y 82 las
unidades miremos tenemos kilogramos que
multiplica a metro segundo cuadrado
estas 3 que estoy colocando en naranja
me forman
newton y éste newton quedaría
multiplicado por este metro que está acá
y recuerden newton por metro medio en
honor a mi amigo jules entonces la
energía potencial almacenada es 88,2
jules toda esta energía potencial se
vuelve trabajo o sea que la cantidad de
trabajo que va a ser el sistema son 88
puntos 2
y ese trabajo es igual a la cantidad de
calor que se va a producir sobre el agua
entonces cuando esto empieza a girar
debido a que los bloques van esto
empieza a girar va a producir calor por
fricción entre las moléculas de agua
cuanto calor se produce la misma
cantidad de trabajo que se hace
ahora ese calor sobre el agua se calcula
como la masa del agua cierto por el
calor específico del agua
y por el aumento o la variación de
temperatura entonces es lo que me queda
finalmente por aquí tengo que el calor
son 88,2 jules que es el equivalente
mecánico y que eso es igual a masa del
agua por el calor específico del agua y
por el cambio de temperatura
entonces yo entro a hacer esta
igualación ahí está yo igual me el
resultado de la energía mecánica con mi
resultado de energía térmica y acá voy a
despejar lo que me piden cuál fue el
incremento en la temperatura les voy a
despejar de ahí esa incremento en
temperatura luego estos dos que están
multiplicando acá van a bajar a vivir a
esta cantidad
y ahí está fish quedó despejada la
temperatura lo único que hacemos ahora
es reemplazar los valores bueno y ahí
hemos reemplazado 88,2 jules sobre la
masa de agua 02 kilogramos pasando la
kilogramos y ahora el calor específico
del agua pero lo vamos a trabajar en
unidades del sistema internacional o sea
vamos a decir que es cuatro mil 186
jules por cada kilogramo y por cada
grado centígrado
de tal manera que miremos las unidades
kilogramos se me anula con kilogramos
estos giles anulan esto jules y estos
grados centígrados que están en el
extremo van a quedar en el numerador y
claro es que estamos hablando del cambio
de temperatura entonces bajo esas
condiciones el agua tendrá un incremento
de temperatura de 0 punto 105 grados
centígrados
o sea una décima de grado claro aumenta
muy poco la temperatura porque pies en
las visitas sólo son de unos de 1.5
kilogramos y bajan tres metros logran un
incremento de temperatura de esos 200
gramos de agua de 0,1 grados centígrados
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