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TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA Toribio Córdova / Job Abanto / Jua I. OBJETIVO S Comprobar la con II. FUNDAMEN Se conoce, que el flujo d de un conductor, produ manifestación calorífica incandescencia del fila iluminación, y podamos d Cuando se establece u conductor, los electron eléctrico y se desplazan átomos, perdiendo en es La energía calorífica se h en el conductor. Conocemos que: V V W q …………. 1 q=It ……………………… Si reemplazamos (2) en (1 A ELÉ A ELÉ A ELÉ A ELÉ CTRICA CTRICA CTRICA CTRICA EN ENERGÍA TÉ EN ENERGÍA TÉ EN ENERGÍA TÉ EN ENERGÍA TÉRMICA RMICA RMICA RMICA FISICA E an Aquino S nversión de energía eléctrica en energía té NTO TEORICO de electrones formado de una corriente uce una disipación de energía en form a, llamada “efecto joule”, es la resp amento de las lámparas, utilizadas c disponer de homos eléctricos, estufas, pla una diferencia de potencial, entre los nes “libres”, quedan sometidos a la ac n en el sentido del campo. En su avance stos choques energía cinética, que se tran hace evidente y se aprecia con la elevació donde ∶ V V diferenciadepotencial. …(2) 1) tendremos: EXPERIMENTAL III 1 érmica. eléctrica, a través ma de calor. Esta ponsable, de la como medio de anchas, etc. extremos de un cción del campo e chocan con los nsforman en calor. ón de temperatura W=trabajo q=carga eléctrica t= tiempo I=intensidad

TRANSFORMACION DE LA ENERGIA ELECTRICA EN ENERGIA TERMICA

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TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉTRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉTRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉTRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉ

Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

I. OBJETIVOS

Comprobar la conversión de energía eléctrica en energía térmica.

II. FUNDAMENTO

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

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

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:

V V W

q………… . 1

q=It ………………………(2)

Si reemplazamos (2) en (1) tendremos:

TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉTRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉTRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉTRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTR ICACTR ICACTR ICACTR ICA EN ENERGÍA TÉEN ENERGÍA TÉEN ENERGÍA TÉEN ENERGÍA TÉRMICARMICARMICARMICA FISICA EXPERIMENTAL I

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S

Comprobar la conversión de energía eléctrica en energía térmica.

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

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

donde ∶ V V diferenciadepotencial.

q=It ………………………(2)

Si reemplazamos (2) en (1) tendremos:

FISICA EXPERIMENTAL III

1

Comprobar la conversión de energía eléctrica en energía térmica.

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

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 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

W=trabajo

q=carga

eléctrica

t= tiempo

I=intensidad

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y haciendo: , tendremos: !….(3)

Se conoce también que:

P=

" …………….(4) P= potencia

Reemplazando (3) en (4):

P=VI …………….(5) (potencia eléctrica)

En virtud de (3) y por la ley de ohm: V=RI, tendremos:

W=R ! (joule) o Q=W=0.24R ! (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

• 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

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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 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

resultado del

calentamiento del agua en una gran caldera.

MATERIALES

Fuente de C.C.

0 – 12v

FISICA EXPERIMENTAL III

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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

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1 multímetro

Cables de

conexiones

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Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

1 multímetro

Cables de

conexiones

Hilo Nichrome de 0.5mm de

diámetro y 80 cm de largo

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5

Hilo Nichrome de 0.5mm de

diámetro y 80 cm de largo

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Vaso precipitado

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Soporte Universal, nuez,

varilla

Termómetro de 0-150ºC

Vaso precipitado

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Soporte Universal, nuez,

150ºC

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IV. PROCEDIMIENTO

1. Enrolle el hilo de nichrome

solenoide. Deje unos 8 cm de hilo por cada extremo, sin enrollar.

2. Mida con el óhmetro la resistencia del hilo de nichrome.

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

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PROCEDIMIENTO

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.

Mida con el óhmetro la resistencia del hilo de nichrome.

R= 0.95 KΩ ≡ 950 Ω

Arme el equipo como la figura.

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.

Coloque en el recipiente unos 200 c$% de agua en el vaso de precipitado.

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alrededor de un lapicero para darle forma de un

solenoide. Deje unos 8 cm de hilo por cada extremo, sin enrollar.

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.

de agua en el vaso de precipitado.

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6. Anote con el termómetro la temperatura inicial.

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.

8. Transcurridos los 10

9. ¿Qué cantidad de energía o joule, fueron necesarios para llegar a la

temperatura final?

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termómetro la temperatura inicial.

&'= 20 C

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.

I= 2.66 Å

minutos anote la temperatura final.

&(= 35C

¿Qué cantidad de energía o joule, fueron necesarios para llegar a la

Sea Ce (H2O)= 1 cal/g°C

Según las leyes de la termodinámica:

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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.

¿Qué cantidad de energía o joule, fueron necesarios para llegar a la

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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= 0,95KΩ

I = Q /T

Dónde:

2,66 A= Q / 600s

1596 cal = Q ≅ 1,596 Kcal.

V. CUESTIONARIO

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

Esdeciraumentoen15C .

Durante 15 minutos.

1) ¿Cómo se relacionan las temperaturas inicial y final?

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CemT= Q

1(2oog)(15°C)=Q

3000cal = Q

3kcal = Q

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.

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

2) Con la relación obtenida en la pregunta 1; calcule las calorías

Que se obtendrán; conocidos “m”,”&'”,”&(”.

3) Qué relación existe entre los valores obtenidos en el

procedimiento 10 y la pregunta2.

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?

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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.

∆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 =21,95Ω

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.

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 18 C?