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TRANSFORMACION DE LA ENERGIA ELECTRICA EN ENERGIA TERMICA

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  • 1. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL I IIII. OBJETIVOS S Comprobar la conversin de energa elctrica en energa trmica.II. FUNDAMENTO TEORICO Se conoce, que el flujo de electrones formado de una corriente elctrica, a travs de un conductor, produce una disipacin de energa en forma de calor. Esta manifestacin calorfica, llamada efecto joule, es la responsable, de la incandescencia del filamento de las lmparas, utilizadas como medio de iluminacin, y podamos disponer de homos elctricos, estufas, planchas, etc. Cuando se establece una diferencia de potencial, entre los extremos de un conductor, los electrones libres, quedan sometidos a la accin del campo elctrico y se desplazan en el sentido del campo. En su avance ch chocan con los tomos, perdiendo en estos choques energa cintica, que se transforman en calor. La energa calorfica se hace evidente y se aprecia con la elevacin de temperatura en el conductor. Conocemos que: W donde V V diferenciadepotencial. V V . 1 q q=It (2)W=trabajo q=carga elctrica t= tiempoSi reemplazamos (2) en (1) tendremos: Toribio Crdova / Job Abanto / Juan AquinoI=intensidad1

2. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL III y haciendo: , tendremos: )3(. Se conoce tambin que: P= .(4)P= potenciaReemplazando (3) en (4): P=VI .(5)(potencia elctrica)En virtud de (3) y por la ley de ohm: V=RI, tendremos: W=R ( joule)oQ=W=0.24R (Cal)..(5)La relacin (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 energa elctrica es la transportada por la corriente elctrica. Es la forma de energa ms utilizada en las sociedades industrializas. Si miras a tu alrededor, vers multitud de objetos que usan la energa elctrica para su funcionamiento. Esto se debe a estas caractersticas: Capacidad para transformarse con facilidad en otras formas de energa (lumnica: bombillas; calorfica: estufas).Es posible transportarla a largas distancias con bajos costes y rendimiento relativamente alto (no se pierde excesiva energa).Se denominan centros o centrales de generacin las instalaciones donde de transforma la energa primaria o secundaria en energa de consumo. Si esta energa de consumo es elctrica, la central recibe el nombre de central elctrica.Toribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino2 3. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL IIIUna vez generada, esta energa de consumo debe ser trasportada hasta los puntos donde se necesite. Ya en ellos, ser distribuida: viviendas, alumbrado de las calles, industrias, etc. ENERGA TRMICA O CALRICA Es una forma de energa que proviene de otros tipos de energa. Todo lo que hay en el ambiente estn compuestos por partculas muy pequeas llamadas molculas, que siempre estn en movimiento y no se perciben a simple vista. Al moverse, las molculas chocan entre s generando calor. Por lo tanto, el calor est directamente relacionado con el movimiento, es decir, el movimiento genera calor. Un organismo viviente puede generar energa trmica al realizar algn movimiento y energa qumica al ingerir alimentos y transforma estos para crear la suficiente energa que necesita el cuerpo. GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA Existen diversos tipos de centrales elctricas que vienen determinados por la fuente de energa que utilizan para mover el rotor. Estas fuentes pueden ser convencionales (centrales hidrulicas o hidroelctricas, trmicas y nucleares) y no convencionales (centrales elicas, solares, mareomotrices y de biomasa). Dentro de las energas no convencionales, las energas solares y elicas son las que mayor implantacin tienen en la actualidad, pero de est experimentando el uso de otras energas renovables, como la ocenica, adems de la utilizacin de residuos orgnicos como fuente de energa. 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 hidrulica de bombeo. Este Toribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino3 4. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL I IIItipo de central se construye en zonas donde existe la posibilidad de que en ciertas pocas del ao no llegue suficiente agua al embalse superior y, por tanto se necesite un aporte del in inferior.Centrales TrmicasEn estas centrales, la energa mecnica, necesaria para mover las turbinas que estnconectadasalrotordelgenerador, proviene de la energa trmica (debida al movimiento de molculas) contenida en el vapor de aguaapresin,resultadodelcalentamiento del agua en una gran caldera.III. MATERIALESFuente de C.C. 0 12vToribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino4 5. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL I III1 multmetroHilo Nichrome de 0.5mm de dimetro y 80 cm de largoCables de conexionesToribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino5 6. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL I IIISoporte Universal, nuez, varillaTermmetro de 0-150C 150CVaso precipitadoToribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino6 7. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL I IIIIV. 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 hmetro la resistencia del hilo de nichrome. R= 0.95 K 9503.Arme el equipo como la figura.4.Conecte los cables de conexin a la sala 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 de agua en el vaso de precipitado. cToribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino7 8. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C A6.FISICA EXPERIMENTAL I IIIAnote con el termmetro la temperatura inicial. = 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 termmetro con el agitador. Anote el Amperaje. I= 2.66 8.Transcurridos los 10 minutos anote la temperatura final. = 35C9.Qu cantidad de energa o joule, fueron necesarios para llegar a la temperatura final? Sea Ce (H2O)= 1 cal/gC Segn las leyes de la termodinmica:Toribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino8 9. FISICA EXPERIMENTAL IIIT R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C ACemT= Q 1(200g)(35 20)C = Q 3000 Cal = Q 3000 cal 12500 J 12,5 KJ 10. Qu cantidad de Kilocaloras fueron necesarios para la resistencia R? Para la Resistencia R= 0,95K I = Q /T Dnde: 2,66 A= Q / 600s 1596 cal = Q 1,596 Kcal.V. CUESTIONARIO 1) Cmo se relacionan las temperaturas inicial y final?Al realizar la prctica, y someter el agua a una determinada fuente de energa, 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 CEsdeciraumentoen15C . Durante 15 minutos. Toribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino9 10. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL III2) Con la relacin obtenida en la pregunta 1; calcule las caloras Que se obtendrn; conocidos m, , . CemT= Q 1(2oog)(15C)=Q 3000cal = Q 3kcal = Q 3) Qu relacin 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 elctrica, 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 alimentacin funcionando durante 10 minutos, lo hubieras tenido 20 minutos. Cul crees que sera la temperatura final del agua? Nosotros realizamos la prctica 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 tambin se duplicara = 30 C. Por lo tanto la temperatura final estara dada por: = 20 C + 30 C = 50 C Toribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino10 11. T R A NS F O R M A C I N D E LA EN E R G A E L C T R I C A E N E N ER G A T R M I C AFISICA EXPERIMENTAL III5) Si en vez de utilizar la fuente de alimentacin de C.A empleas pilas secas crees que el experimento se pueda llevar a cabo? Explcalo. No podramos llevar a cabo el presente experimento, ya la pila no tiene la energa necesaria (0.5 ), esta energa no es suficiente para poder aumentar la temperatura del agua.6) Cmo calculara la resistencia necesaria para construir una hornilla elctrica a 200 V y haga hervir un litro de agua en 15 minutos, en el supuesto de que la temperatura inicial sea de 18C?T = 100C - 18C = 82C Utilizaremos las siguientes formulas: 1. CemT= Q 1(1000g)(82C) = Q 82000 cal = Q 2. I = Q/T I = 82000/9000 I= 9,11A 3. R = V/I R = 200 / 9,11 R =21,95Toribio Crdova / Job Abanto / Juan Aquino11