¿QUE ES EL EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR? - EXPERIMENTO DE JOULE

PROFE JN El canal del ingeniero

18 Mar 202106:56

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

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🔧 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.

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📐 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 mecánica se refiere al movimiento de un objeto y es el trabajo realizado por un cuerpo en movimiento. En el vídeo, la energía mecánica se relaciona con el trabajo realizado por los bloques que caen y que es transformado en calor a través de la rueda de paletas, ejemplificando el principio del equivalente mecánico del calor.

💡Energía térmica

Energía térmica es la energía que se relaciona con el movimiento de las partículas dentro de un cuerpo. En el vídeo, la energía térmica se incrementa debido a la fricción entre las paletas y el agua, lo cual es una consecuencia del trabajo mecánico invertido.

💡Rueda de paletas

La rueda de paletas es un dispositivo mencionado en el vídeo que se utiliza para transformar el trabajo mecánico en energía térmica. Es impulsada por los bloques que caen, ejerciendo presión sobre el agua y generando calor debido a la fricción.

💡Contenedor térmicamente aislado

Un contenedor térmicamente aislado es uno que evita la pérdida de calor al exterior. En el vídeo, el agua está en un contenedor aislado para que el calor generado por la rueda de paletas no se escape y pueda medirse el aumento de temperatura.

💡Fricción

La fricción es la resistencia que se ofrece entre dos superficies en contacto cuando intentan deslizarse unas sobre otras. En el vídeo, la fricción entre las paletas y el agua es la causa del aumento de temperatura del agua, demostrando cómo el trabajo mecánico se convierte en energía térmica.

💡Energía potencial

La energía potencial es la energía que un objeto tiene debido a su posición en un campo gravitatorio. En el vídeo, la energía potencial de los bloques es mencionada como la energía que se pierde a medida que caen y que se convierte en trabajo mecánico.

💡Experimento de Yul

El experimento de Yul es un experimento histórico que demuestra el principio del equivalente mecánico del calor. En el vídeo, se describe un diagrama esquemático del experimento, que es fundamental para entender cómo se relaciona el trabajo mecánico con el calor.

💡Equivalente mecánico del calor

El equivalente mecánico del calor es la relación entre la energía mecánica y la energía térmica. En el vídeo, se explica cómo 4.186 julios de energía mecánica equivalen a una caloría de energía térmica, lo cual es un hallazgo clave en la termodinámica.

💡Calor específico

El calor específico es la cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de un kilogramo de un material en uno grado Celsius. En el vídeo, se usa para calcular el cambio en la temperatura del agua basado en la energía mecánica convertida.

💡Incremento de temperatura

El incremento de temperatura es el cambio en la temperatura de un cuerpo. En el vídeo, se calcula el incremento de temperatura del agua después de que los bloques caen, mostrando cómo la energía mecánica se traduce en un cambio térmico.

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.