1. T R A NS F O R M A C I Ó N D E LA EN E R GÍ A E L É C T R I C A E N E N ER GÍ A T É R M I C A
FISICA EXPERIMENTAL I
III
I. OBJETIVOS
S
Comprobar la conversión de energía eléctrica en energía térmica.
II. FUNDAMENTO TEORICO
Se conoce, que el flujo de electrones formado de una corriente eléctrica, a través
de un conductor, produce una disipación de energía en forma de calor. Esta
manifestación calorífica, llamada “efecto joule”, es la responsable, de la
incandescencia del filamento de las lámparas, utilizadas como medio de
iluminación, y podamos disponer de homos eléctricos, estufas, planchas, etc.
Cuando se establece una diferencia de potencial, entre los extremos de un
conductor, los electrones “libres”, quedan sometidos a la acción del campo
eléctrico y se desplazan en el sentido del campo. En su avance ch
chocan con los
átomos, perdiendo en estos choques energía cinética, que se transforman en calor.
La energía calorífica se hace evidente y se aprecia con la elevación de temperatura
en el conductor.
Conocemos que:
W
ሺ ሻdonde ∶ Vଵ െ Vଶ ൌ diferenciadepotencial.
Vଵ െ Vଶ ൌ … … … … . ሺ1ሻ
q
q=It ………………………(2)
W=trabajo
q=carga
eléctrica
t= tiempo
Si reemplazamos (2) en (1) tendremos:
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I=intensidad
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ௐ
ܸଵ െ ܸଶ ൌ y haciendo: ܸଵ െ ܸଶ ൌ ܸ, tendremos: ܹ ൌ ܸ‫)3(.…ݐܫ‬
୍୲
Se conoce también que:
ௐ
P= …………….(4)
P= potencia
௧
Reemplazando (3) en (4):
P=VI …………….(5)
(potencia eléctrica)
En virtud de (3) y por la ley de ohm: V=RI, tendremos:
W=R‫ ܫ‬ଶ ‫( ݐ‬joule)
o
Q=W=0.24R‫ ܫ‬ଶ ‫ݐ‬
(Cal)………..(5)
La relación (5) nos permite calcular el calor suministrado por una Resistencia R, por
la que circula una intensidad I, en un tiempo “t”.
ENERGIA ELECTRICA
La energía eléctrica es la transportada por la corriente eléctrica.
Es la forma de energía más utilizada en las sociedades industrializas. Si miras a tu
alrededor, verás multitud de objetos que usan la energía eléctrica para su
funcionamiento. Esto se debe a estas características:
•
Capacidad para transformarse con facilidad en otras formas de energía
(lumínica: bombillas; calorífica: estufas).
•
Es posible transportarla a largas distancias con bajos costes y rendimiento
relativamente alto (no se pierde excesiva energía).
Se denominan centros o centrales de generación las instalaciones donde de
transforma la energía primaria o secundaria en energía de consumo. Si esta
energía de consumo es eléctrica, la central recibe el nombre de central eléctrica.
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Una vez generada, esta energía de consumo debe ser trasportada hasta los puntos
donde se necesite. Ya en ellos, será distribuida: viviendas, alumbrado de las calles,
industrias, etc.
ENERGÍA TÉRMICA O CALÓRICA
Es una forma de energía que proviene de otros tipos de energía. Todo lo que hay
en el ambiente están compuestos por partículas muy pequeñas llamadas
moléculas, que siempre están en movimiento y no se perciben a simple vista. Al
moverse, las moléculas chocan entre sí generando calor. Por lo tanto, el calor está
directamente relacionado con el movimiento, es decir, el movimiento genera calor.
Un organismo viviente puede generar energía térmica al realizar algún movimiento
y energía química al ingerir alimentos y transforma estos para crear la suficiente
energía que necesita el cuerpo.
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Existen diversos tipos de centrales eléctricas que vienen determinados por la
fuente de energía que utilizan para mover el rotor. Estas fuentes pueden ser
convencionales (centrales hidráulicas o hidroeléctricas, térmicas y nucleares) y no
convencionales (centrales eólicas, solares, mareomotrices y de biomasa).
Dentro de las energías no convencionales, las energías solares y eólicas son las que
mayor implantación tienen en la actualidad, pero de está experimentando el uso
de otras energías renovables, como la oceánica, además de la utilización de
residuos orgánicos como fuente de energía.
Si el agua desciende hasta un embalse situado a menor altura para, con
posterioridad, ser bombeada hasta que alcance el embalse superior, con objeto de
utilizar de nuevo, nos encontramos frente una central hidráulica de bombeo. Este
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tipo de central se construye en zonas donde existe la posibilidad de que en ciertas
épocas del año no llegue suficiente agua al embalse superior y, por tanto se
necesite un aporte del in
inferior.
•
Centrales Térmicas
En estas centrales, la energía mecánica,
necesaria para mover las turbinas que
están
conectadas
al
rotor
del
generador, proviene de la energía
térmica (debida al movimiento de
moléculas) contenida en el vapor de
agua
a
presión,
resultado
del
calentamiento del agua en una gran caldera.
III. MATERIALES
Fuente de C.C.
0 – 12v
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1 multímetro
Hilo Nichrome de 0.5mm de
diámetro y 80 cm de largo
Cables de
conexiones
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Soporte Universal, nuez,
varilla
Termómetro de 0-150ºC
150ºC
Vaso precipitado
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IV. PROCEDIMIENTO
1.
Enrolle el hilo de nichrome alrededor de un lapicero para darle forma de un
solenoide. Deje unos 8 cm de hilo por cada extremo, sin enrollar.
2.
Mida con el óhmetro la resistencia del hilo de nichrome.
R= 0.95 K
≡ 950
3.
Arme el equipo como la figura.
4.
Conecte los cables de conexión a la salía de 12 V de corriente alterna y a los
terminales del hilo de nichrome. Mantenga el interruptor S abierto.
5.
Coloque en el recipiente unos 200 c ଷ de agua en el vaso de precipitado.
c݉
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Anote con el termómetro la temperatura inicial.
̊
ࢀ࢕ = 20 C
7.
Cierre el interruptor S y deje pasar la corriente durante 10 minutos. Agite de
vez en cuando. Tenga cuidado de no golpear el termómetro con el agitador.
Anote el Amperaje.
I= 2.66 Å
8.
Transcurridos los 10 minutos anote la temperatura final.
ࢀࢌ = 35̊C
9.
¿Qué cantidad de energía o joule, fueron necesarios para llegar a la
temperatura final?
Sea Ce (H2O)= 1 cal/g°C
Según las leyes de la termodinámica:
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CemT= Q
1(200g)(35 – 20)°C = Q
3000 Cal = Q
3000 cal ≅12500 J ≅ 12,5 KJ
10. ¿Qué cantidad de Kilocalorías fueron necesarios para la resistencia R?
Para la Resistencia R= 0,95K
I = Q /T
Dónde:
2,66 A= Q / 600s
1596 cal = Q ≅ 1,596 Kcal.
V. CUESTIONARIO
1) ¿Cómo se relacionan las temperaturas inicial y final?
Al realizar la práctica, y someter el agua a una determinada fuente de energía,
durante un tiempo, nos hemos dado cuenta que ambas temperaturas son
diferentes, es decir la temperatura aumento con respecto a la temperatura inicial.
ܶ௢ = 20 ̊C
ܶ௙ = 35 ̊C
Es decir aumento en 15 ̊C .
Durante 15 minutos.
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2) Con la relación obtenida en la pregunta 1; calcule las calorías
Que se obtendrán; conocidos “m”,”ࢀ࢕ ”,”ࢀࢌ ”.
CemT= Q
1(2oog)(15°C)=Q
3000cal = Q
3kcal = Q
3) Qué relación existe entre los valores obtenidos en el
procedimiento 10 y la pregunta2.
Los valores del procedimiento 10 indican la cantidad de calor generada por
la intensidad de corriente eléctrica, por otro lado, los valores de la pregunta
2 indica la cantidad de calor que el cuerpo necesita para aumentar o
disminuir temperatura.
4) Si en vez de tener la fuente de alimentación funcionando
durante 10 minutos, lo hubieras tenido 20 minutos. ¿Cuál
crees que sería la temperatura final del agua?
Nosotros realizamos la práctica de laboratorio durante 10 minutos, y
notamos que la temperatura aumento en 15 ̊C , y si lo tenemos durante 20
minutos (el doble), suponemos que el aumento de la temperatura también
se duplicara = 30 ̊C.
Por lo tanto la temperatura final estaría dada por:
ܶ௢ = 20 C +
̊
30 ̊C
ܶ௙ = 50 ̊C
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5) Si en vez de utilizar la fuente de alimentación de C.A
empleas pilas secas ¿crees que el experimento se pueda
llevar a cabo? Explícalo.
No podríamos llevar a cabo el presente experimento, ya la pila no tiene la
energía necesaria (0.5 Å), esta energía no es suficiente para poder aumentar
la temperatura del agua.
6) ¿Cómo calcularía la resistencia necesaria para construir una
hornilla eléctrica a 200 V y haga hervir un litro de agua en
15 minutos, en el supuesto de que la temperatura inicial sea
de 18̊C?
∆T = 100°C - 18°C = 82°C
Utilizaremos las siguientes formulas:
1. CemT= Q
1(1000g)(82°C) = Q
82000 cal = Q
2. I = Q/T
I = 82000/9000
I= 9,11A
3. R = V/I
R = 200 / 9,11
R =21,95
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