Experimento de joule pdf

experimento de joule calor equivalente mecánico

Los científicos de principios del siglo XIX se adhirieron a la teoría del calor, propuesta por primera vez por Antoine Lavoisier en 1783 y reforzada por los trabajos de Sadi Carnot en 1824. Los trabajos de un cervecero y científico aficionado sobre la naturaleza del calor y su relación con el trabajo mecánico darían lugar a la primera ley de la termodinámica.

Nacido en 1818, James Prescott Joule procedía de una larga estirpe de cerveceros, por lo que llevaba la química en la sangre, al igual que la experimentación científica. Descrito como “delicado” en los relatos contemporáneos, él y su hermano experimentaron con la electricidad dándose descargas eléctricas mutuamente, así como experimentando con los sirvientes. Los dos niños fueron educados en casa hasta 1834, cuando su padre los envió a estudiar con John Dalton, uno de los principales químicos de la época, en la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester. Dos años más tarde, Dalton sufrió una apoplejía y se vio obligado a retirarse de la enseñanza. La educación de los hermanos Joule fue confiada a John Davies.

Con el tiempo, Joule asumió la dirección de la cervecería familiar, pero la ciencia siguió siendo una afición activa. Fascinado por el emergente campo de la termodinámica, Joule preparó su propio equipo en casa -utilizando materiales recuperados- para llevar a cabo experimentos científicos, inicialmente para comprobar la viabilidad de sustituir las máquinas de vapor de la cervecería por el novedoso motor eléctrico que acababa de inventarse. Descubrió que la quema de una libra de carbón en una máquina de vapor producía cinco veces más trabajo (entonces conocido como “servicio”) que una libra de zinc consumida en una de las primeras baterías eléctricas. Su fábrica de cerveza estaba mejor con las máquinas de vapor. Su estándar de “trabajo económico” era la capacidad de levantar una libra por un pie (la “libra-pie”).

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experimento de joule sobre la conservación de la energía

James Joule, hijo de un cervecero de Manchester, que recibió clases particulares durante varios años del químico John Dalton, se interesó muy pronto por todo el equipo técnico relacionado con la fabricación de cerveza. En 1840, a la edad de 22 años, descubrió experimentalmente que el calor generado en una bobina de alambre es proporcional al cuadrado de la corriente que la atraviesa. Este efecto se denomina ahora “calentamiento Joule”.

En la década siguiente, Joule trató de unificar los fenómenos eléctricos, químicos y térmicos realizando decenas de experimentos diferentes para demostrar su interconvertibilidad y equivalencia cuantitativa. Prestó especial atención a la conversión del calor en trabajo mecánico, considerándola fundamental para la teoría de las máquinas de vapor.

El experimento más conocido de Joules consistió en una rueda de paletas que giraba para agitar el agua en un gran cilindro. La rueda era accionada por pesas que caían para poder determinar el trabajo realizado. El mismo experimento se repitió con aceite de ballena y luego con mercurio. Joule trabajó meticulosamente, mejorando constantemente la precisión de sus resultados. Tuvo mucho cuidado de minimizar las pérdidas de calor en el entorno e introdujo factores de corrección adecuados.

proceso adiabático

En el experimento original de Joule, había un cilindro lleno de gas a alta presión conectado mediante una llave de paso a un segundo cilindro con gas a baja presión, lo suficientemente baja como para que, a efectos de entender el experimento, supongamos que el segundo cilindro está completamente vacío. Los dos cilindros se sumergieron en un baño de agua y se abrió la llave de paso para que el gas del cilindro de alta presión fluyera hacia el cilindro evacuado. No se suministraba ni se perdía calor del sistema, ni el gas realizaba ningún trabajo, por lo que la energía interna era constante durante la expansión. Joule no encontró ningún descenso de la temperatura como resultado de la expansión. Esto, como hemos argumentado en la sección 10.1, es exactamente lo que esperaríamos para un gas ideal; es decir, para un gas ideal, la temperatura es independiente del volumen si la energía interna es constante. Es decir, para un gas ideal,

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Para un gas real, sin embargo, esperaríamos una pequeña caída de la temperatura, y \ {{left(\frac{parcial T}{parcial V}\right)_{U}\}, que se llama el coeficiente Joule, no es cero. Sin embargo, la capacidad calorífica del baño de agua y de los cilindros en el experimento original de Joule era demasiado grande para que pudiera detectar cualquier descenso de la temperatura, incluso con un gas real. Experimentos más sensibles descubrieron que casi todos los gases se enfrían durante una expansión Joule a todas las temperaturas investigadas; las excepciones son el helio, a temperaturas superiores a unos 40 K, y el hidrógeno, a temperaturas superiores a unos 200 K.

conclusión del experimento de joule

¿Cuáles son las definiciones del equivalente mecánico del calor?] Un poco de historiaSorprendentemente, la energía es un concepto algo reciente. La palabra fue acuñada en 1807 por T. Young, famoso por su contribución en el campo de la óptica, y proviene de la palabra griega nergia, que significa fuerza de acción. Ya había sido utilizada por W. Leibnitz en 1678, bajo la forma de una cantidad que se conservaba en caída libre: la suma del impulso (energía cinética) y la fuerza muerta (energía potencial). En cuanto a la energía potencial, una aproximación del valor de G había sidoendeterminada a través del experimento de Henry Cavendish en 1798, conduciendo así a laexpresión de la aceleración de la gravedad (g), utilizada por James Joules para calcular el trabajo que proporcionaba a su sistema con pesas sujetas a poleas.La gravedad se estira a través de distancias enormes. En lugar de estar obligados a mirar hacia las estrellas, ¿por qué no podríamos coger una bola de plomo y una cuenta, y ver cómo la cuenta va directamente a la bola de plomo? El principal obstáculo del experimento, dicho de forma sencilla, es la extrema debilidad o sensibilidad de la fuerza, por lo que tuvo que hacerse con una minucia exhaustiva. Al medir la torsión de la fibra, Cavendish pudo expresar la intensidad de la fuerza resultante; he aquí una vista simplificada del aparato que utilizó:

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