Efecto Joule.
Este experimento consiste en medir la energía transformada por una resistencia eléctrica mediante efecto Joule.
Se trabaja como experiencia magistral por motivos de seguridad, al utilizar electricidad, calor y agua.
En el experimento se recoge la energía en un recipiente con una cantidad conocida de agua y se mide el aumento de temperatura
provocado, calculándose cu valor por calorimetría.
Simultáneamente, se miden los valores de intensidad de corriente y diferencia de potencial en la resistencia y el tiempo
de funcionamiento de la resistencia sumergida.
Enlace al guión de laboratorio.
Material- Resistencia de inmersión- Vaso termostático y varilla agitación - Voltímetro y amperímetro - Fuente de alimentación - Cronómetro |
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La resistencia de inmersión se puede encontrar en comercios de artículos para el hogar, ya que se utilizan para
calentar agua para infusiones. |
Comentarios a la preparación del montaje
PRECAUCIÓN. Se trabaja con electricidad y con agua, se deben tomar las precauciones adecuadas.
La instalación eléctrica del laboratorio debe tener un diferencial y hay que vigilar las conexiones eléctricas que
pudieran quedar accesibles.
El peligro de quemadura únicamente puede provenir del contacto con la resistencia eléctrica al sacarla del agua.
La fuente de alimentación se debe regular para una salida de corriente continua inferior a 40V.
Se puede trabajar con corriente alterna, pero la medición exige aparatos más difíciles de encontrar.
El vaso termostático viene con una tapa que completa el aislamiento. En este experimento se trabaja con temperaturas bajas,
es poco útil y molesta bastante para la manipulación. Es perfectamente prescindible.
Si se tiene en cuenta el calor absorbido por el vaso termostático se complica mucho el experimento.
Se puede omitir si se trabaja con bajas temperaturas y pequeños incrementos de la temperatura, como es el caso.
En lo posible, hay que mantener el circuito eléctrico alejado del agua.
Hay que comprobar que voltímetro y amperímetro están preparados para corriente continua y con las escalas y conexiones adecuadas.
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Aspectos didácticos
Este trabajo pretende:
- Medir experimentalmente la energía transformada en una resistencia eléctrica por efecto Joule.
- Utilizar agua en un vaso termostático y su temperatura para medir cantidades de energía por calorimetría.
- Medir intensidades de corriente y diferencias de potencial en un circuito eléctrico.
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La forma de conectar voltímetro y amperímetro necesita tiempo para su comprensión.
También suele haber debate acerca del lugar en el que se ha de intercalar el amperímetro. Es frecuente que la idea errónea de que
"la resistencia consume corriente" lleve a plantear que la intensidad de corriente no es igual antes o después de la resistencia.
Es interesante hacer mediciones de ambas formas para despejar la duda.
La resistencia sumergible suele provocar sorpresa, ya que se espera que la corriente pase al agua. Hay que explicar que el cable interior de la
resistencia no toca la funda metálica exterior, lo que impide que la corriente se derive. Esto se suele conseguir porque el cable interior está rodeado
por anillos cerámicos aislantes que lo mantienen lejos de las paredes.
Si no se ha visto ya, conviene hacer ver que lo que en el laboratorio llamamos vaso termostático es un termo doméstico, con el que están familiarizados.
Desmontar un termo o vaso termostático y hacer ver cómo está diseñado para evitar la conducción (doble pared), la convección (hecho
el vacío entre las dos paredes) y la radiación (paredes plateadas) y así reducir al mínimo la transmisión de energía a través de sus paredes.
Hay que señalar que la energía que se obtiene por calorimetría suele ser inferior a la obtenida de las magnitudes eléctricas debido a
las pérdidas de energía en el vaso termostático.
Hay que vigilar las unidades, lo normal es que se hagan los cálculos calorimétricos en calorías mientras que los eléctricos se hacen siempre
en S.I y se obtienen los resultados en joules.
 Montaje completo |
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 Resistencia de inmersión y vaso termostático |
