El objetivo de este experimento es comprobar la primera ley de la termodinámica mediante el aplastamiento de un pequeño pedazo de plomo y el cálculo simultáneo de la la constante de Joule,

...

Datos

Se realizaron una serie de experimentos con diferentes cilindros de acero, diferentes elevaciones y diferentes Calorímetros. Estos datos *se encuentran en "Experimento 6 Data.xls."

Análisis

Tomamos el sistema como todo el aparato (imaginar una superficie de control alrededor de todo el aparato) y escribimos la primera ley de la termodinámica para este sistema cerrado

[pic 26](6.1)

donde [pic 27]es la transferencia de calor desde el entorno del sistema, U es la energía interna del plomo, V es la velocidad de los cilindros, m es la masa de los cilindros, g es la gravedad, z es la altura de los cilindros, y [pic 28]es el trabajo realizado por el sistema sobre el entorno.

Los Estados iniciales y finales (1 y 2, respectivamente) se muestran en la figura 6.3. Las velocidades iniciales y finales son ambas cero, no hay ningún intercambio de transferencia de calor o trabajo con el entorno, y [pic 29], donde c es el calor específico y T la temperatura. Por lo tanto reduce la ecuación 6.1 se reduce a

[pic 30] (6.2)

(1) (2).

donde los subíndices cyl y Pb indican cilindro de acero y calorímetro de plomo, respectivamente. El término 1 representa la pérdida de energía potencial gravitatoria de los cilindros de acero y término 2 representa el aumento en la energía interna del calorímetro de plomo. La relación entre estas dos energías * da directamente la constante de Joule, J.

Requerido

1. Construir una tabla con las siguientes columnas (de izquierda a derecha): experimento, z, [pic 31], [pic 32], [pic 33], [pic 34], [pic 35], [pic 36]y J. Incluya las unidades apropiadas para cada columna. Para cada experimento computar la pérdida de energía potencial gravitatoria de los cilindros de acero, [pic 37], en pies lbf, el aumento de energía interna del calorímetro de plomo, [pic 38], en Btu y J.

* Se utiliza el sistema inglés para distinguir la energía potencial gravitatoria ( lbf ft) de la energía interna ( Btu). Unidades del SI darían J para ambos energía potencial gravitatoria y energía interna y requerirían conversión a unidades inglesas para obtener la constante de Joule.

2. Grafique, usando escalas lineales, [pic 39]en las abscisas y [pic 40]en las ordenadas. Calcular la pendiente de esta línea, que es la constante de Joule. Sugerencia: el origen es un punto de referencia porque cuando z = 0, [pic 41]= 0, entonces [pic 42]= 0. Además, este punto se conoce con certeza. Por consiguiente, en EXCEL utilizando la línea de TENDENCIA, fuerce su línea a través del origen. También en este gráfico bosqueje el valor conocido J = 778.17 (ft lbf) / Btu. Encontrar la desviación porcentual entre el resultado y el valor publicado.

3. Como una comprobación de temperatura uniforme del calorímetro calcule la media de espesor y desviación estándar con "Run 1 26jun95 calorimeter thickness measurements after impact" dado en la parte inferior del cuadro 2 en "Experiment 6 Data.xls." . Dejar comentarios en los resultados.

Notación

c calor específico, Btu / (Lbm ° R)

g gravedad, 32.2 ft/s2

J 778.17 constante, de Joule (ft lbf) / Btu

m masa de cilindros o plomo, g, kg, lbm

Q transferencia de calor, Btu

T temperatura, ° F o ° C

U energía interna, Btu

V velocidad, ft/s

W trabajo, pies lbf

z elevación, in o m

Subíndices

CYL cilindro

PB calorímetro de plomo

1, 2 Estado 1 o 2

Referencias

- Carnot, S., "Reflections on the Motive Power of Fire," edited by E. Mendoza, Dover, New York, 1960, p. 61.

- Joule, J. P., "The Scientific Papers of James Prescott Joule," Vol. I, Taylor & Francis Ltd., London, 1884, pp. 256-276.

- Hirn, G.-A., "Théorie Mécanique de la Chaleur," Seconde Édition, Gauthier-Villars, Paris, 1865, pp. 58-62.

\ © 2005 por Ronald S. m.

Experimento 6 datos

Primera ley de la termodinámica – Lead Smashing

(Experimento 6 Data.xls)

R. Mullisen

14 de septiembre de 1994 y 26 de junio de 1995

Cal Poly, San Luis Obispo, CA

Tabla 1

Datos de R. Mullisen 14 de septiembre de 1994

ejecutar

z1 (pulgadas)

z 2 (pulgadas)

[pic 43]

[pic 44]

[pic 45]

(véase Exp.6, Fig. 6.3)

(véase Exp.6, Fig. 6.3)

1

3 1/2

20

20.4

36.5

2.616

2

3 3/4

20

21

36.8

2.532

3

5 1/8

20

21

28.4

4.688