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da de fricción alrededor del cilindro (véase apar-
tado 3). Tras un par de minutos, los cuales deben
transcurrir para que se produzca una repartición
homogénea de la temperatura, la resistencia del
sensor de temperatura es de R
(correspondientemente, T
do con la ecuación 1).
•
Después del control del ajuste a cero del contador,
se inicia el experimento, para lo cual se da vuelta a
la manivela con lo que el peso principal se eleva del
suelo. Ahora el contrapeso se asienta en el suelo,
con lo que la cuerda de fricción se tensa levemente
y ejerce algo de fricción sobre el cilindro. El peso
principal se mantiene ahora en su altura y debe
permanecer así durante todo el experimento.
•
Después de n = 460 revoluciones finaliza el expe-
rimento y se lee el valor de la resistencia:
R
= 3,99 kΩ (T
= 30,26 °C). Dado que directa-
2
2
mente tras la finalización del experimento la tem-
peratura asciende levemente (homogeneización
de la distribución de la temperatura), se anota
como valor de medida el valor mínimo de resis-
tencia que se alcanzó unos segundos después de
la finalización del experimento. Después, la resis-
tencia vuelve a ascender, dado que la temperatu-
ra del cilindro desciende debido al intercambio
de calor con el medio ambiente.
4.1.2 Evaluación del experimento
•
El trabajo W se define como el producto de la fuer-
za F y el desplazamiento s
W = Fs
•
Durante la fricción actúa la fuerza
F = m
g
A
(siendo g la aceleración terrestre) a lo largo del
desplazamiento
s = F nπ D
r
•
La introducción de las ecuaciones 3 y 4 en 2 con-
duce a:
W = m
gnπ D
=5,22 x 9,81
A
R
x 460 x 3,1416 x 0,04575 Nm = 3386 Nm (5)
•
El calor almacenado en el cilindro de fricción ∆Q
se obtiene a partir de la diferencia de temperatu-
ra (T
– T
) y la capacidad térmica específica indi-
2
1
cada en el apartado 2:
∆Q = c
m
(T
– T
) = 0,86 x 0,249
A
A
2
1
x (30,26 – 14,60) kJ = 3353 J
Relación entre resistencia y temperatura en los sensores de temperatura
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
R R R R R / k
/ k
/ k
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
7,86
14,97
6,78
7,84
15,03
6,76
7,82
15,08
6,74
7,80
15,14
6,72
7,78
15,19
6,70
7,76
15,25
6,68
7,74
15,31
6,66
7,72
15,36
6,64
7,70
15,42
6,62
7,68
15,47
6,60
= 8,00 kΩ
1
= 14,60 °C, de acuer-
1
(2)
(3)
(4)
(6)
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
/ k
/ k
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
/ k
18,19
5,70
18,26
5,68
18,32
5,66
18,39
5,64
18,45
5,62
18,52
5,60
18,58
5,58
18,65
5,56
18,72
5,54
18,78
5,52
•
En este ejemplo, la discrepancia entre el trabajo
mecánico y el calor es de solamente 1%. No obs-
tante, debido a las tolerancias inevitables en la
composición del material (el aluminio puro es
muy suave y es apenas posible procesarlo mecá-
nicamente, por lo que siempre se emplean alea-
ciones) se pueden presentar discrepancias nota-
bles en la capacidad térmica especifica. Ésta se
debe determinar individualmente para cada ci-
lindro de fricción. La manera más sencilla de ha-
cerlo se basa en el calentamiento eléctrico y en la
equivalencia del calor y la energía eléctrica.
4.2 Transformación de la energía eléctrica en calor
4.2.1 Ejecución del experimento
•
Después del enfriamiento del cilindro de fricción,
se lo atornilla al soporte (iguales condiciones de
experimentación que en el experimento de fric-
ción) y se inserta el sensor de temperatura. Tras
un par de minutos, los cuales deben transcurrir
para que se produzca una repartición homogé-
nea de la temperatura, la resistencia del sensor
de temperatura es de R
(correspondientemente, T
do con la ecuación 1).
•
Ahora se conecta la fuente de alimentación pre-
viamente ajustada (véase apartado 3) al elemen-
to de calefacción y se inicia el conteo con un cro-
nómetro. Se anota la tensión y la corriente (indi-
cación en la fuente de alimentación):
U = 11,0 V , Ι = 0,510 A
•
Después de t = 600 s finaliza el experimento y se
lee el valor de la resistencia:
R
= 3,98 kΩ (T
2
4.2.2 Evaluación del experimento
•
La energía eléctrica E es el producto de la poten-
cia P y el tiempo t. La potencia, por su parte, es el
producto de la tensión y la corriente. De acuerdo
a lo anterior, es válido:
E U T
=
= 11,0 x 0,512 x 600 = 3379Ws
I
•
En este experimento, el calor suministrado es de
∆Q = c
m
(T
– T
A
A
2
x (30,32-14,60) kJ = 3366 J
•
También aquí la concordancia entre E y ∆Q es bas-
tante buena.
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
22,05
4,62
22,13
4,60
22,21
4,58
22,29
4,56
22,37
4,54
22,45
4,52
22,53
4,50
22,61
4,48
22,69
4,46
22,77
4,44
19
= 8,00 kΩ
1
= 14,60 °C, de acuer-
1
= 30,32 °C).
2
) = 0,86 x 0,249
1
/ kΩ Ω Ω Ω Ω
T T T T T / / / / / °C C C C C
R R R R R / k
/ k
/ k
/ k
26,84
3,54
26,94
3,52
27,04
3,50
27,14
3,48
27,24
3,46
27,35
3,44
27,45
3,42
27,55
3,40
27,66
3,38
27,76
3,36
(7)
(8)
T T T T T / / / / / °C C C C C
33,10
33,24
33,38
33,51
33,65
33,79
33,93
34,07
34,22
34,36
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