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James Prescott Joule

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Tefi Marcel

on 21 October 2013

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Transcript of James Prescott Joule

James Prescott
Joule

•James Joule nació el 24 de diciembre de 1818 en Salford Lancashire Inglaterra.
Era de un carácter tímido, humilde y enfermizo por lo cual no fue enviado a la escuela elemental, siendo instruido hasta los 15 años por una media hermana de la madre familia se dedicaba a la fabricación de cervezas. Posteriormente recibio clases particulares por parte del químico británico John Dalton, en su propio hogar, quien le daba física y matemáticas.
Dalton le alentó hacia la investigación científica y realizó sus primeros experimentos en un laboratorio cercano a la fábrica de cervezas, formándose a la vez en la Universidad de Manchester.
• En 1847, Joule se había casado con Amelia, hija del Sr. John Grimes, el Contralor de Aduanas, de Liverpool. Pero su esposa murió pronto (1854), dejándole un hijo y una hija.
Murió el 11 de octubre de 1889 en Salford, Inglaterra.



Sus Trabajos como
Físico
Reconocimientos
Joule en junio de 1878, recibió una carta del conde de Beaconsfield anunciando a lo que Su Majestad la
Reina había tenido el placer de concederle una pensión de 200 libras por año. Este fue un reconocimiento de su trabajo por su país

Recibió la Medalla de Oro de la Real Sociedad Real en 1852, la Medalla de Oro Copley de la Royal Society en 1870, y la Medalla Albert de la Sociedad de Artes de la mano del Príncipe de
Gales en 1880.
Ademas de muchos honores de universidades y sociedades científicas de todo el mundo.
Sus primeros trabajos serios fueron sobre electricidad, se especializo en un comienzo en los motores eléctricos, moviéndose después al estudio de los motores a vapor por ser mucho mas económicos para la época




•Joule estudió el magnetismo (especialmente imantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas) que le llevan a la invención del motor eléctrico.

Trabajó con Lord Kelvin (Benjamin Thompson) para desarrollar la escala absoluta de la temperatura.
Hizo observaciones sobre la teoría termodinámica y encontró una relación entre la corriente eléctrica que atraviesa una resistencia y el calor disipado, llamada actualmente como ley de Joule.
•Descubrió el fenómeno de magnetostricción, de los materiales ferromagnéticos, en los que su longitud depende de su estado de magnetización.
•Descubrió su relación con el trabajo mecánico, lo cual le condujo a la teoría de la energía mas adelante
Al fluir una corriente eléctrica a través de un conductor, éste experimenta un incremento de temperatura. Dedujo que si la fuente de energía eléctrica es una pila electroquímica, la energía habría de proceder de la transformación de las reacciones químicas, que la convertirían en energía eléctrica y luego en calor. Si en el circuito se introduce el motor eléctrico se origina energía mecánica
Principio: "Cuando la energía de una corriente eléctrica se transforma totalmente en calor, la cantidad de calor es proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente y al tiempo"
El valor numérico del equivalente mecánico del calor = (0,424= 1 caloría)
Esto sirvió de piedra angular para el desarrollo de la termodinámica. En estos trabajos Joule se basa la LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA descubierta en 1842.
Son ambos formas de energía en tránsito de unos cuerpos o sistemas a otros, deben estar relacionadas entre sí.
Esto lo comprobó cuando observo el calor producido dentro de un calorímetro a consecuencia del rozamiento con el agua del calorímetro de un sistema de paletas giratorias y compararlo posteriormente con el trabajo necesario para moverlas.
La energía mecánica puesta en juego era controlada haciendo caer unas pesas cuya energía potencial inicial podía calcularse fácilmente de modo que el trabajo W, como variación de la energía mecánica, vendría dado por:
W = DEp = m • g • h
Siendo: (m) la masa de las pesas, (h) la altura desde la que caen y (g) la aceleración de la gravedad.
La ecuación calorimétrica:
Q = m c (Tf - Ti)
Permitía determinar el valor de Q y compararlo con el de W.
Tras una serie de experiencias llegó a encontrar que 4,2 joules de trabajo realizado eran igual a una caloría (equivalente mecánico del calor)
W (joules) = 4,18 • Q (calorías)
La consolidación de la noción de calor como una forma más de energía, hizo del equivalente mecánico un simple factor de conversión entre unidades diferentes de una misma magnitud física, la energía.


Calor y Trabajo
Ley de Joule

Los motores de explosión(de los automóviles por ej.), son dispositivos capaces de llevar a cabo la transformación del calor en trabajo mecánico. Este tipo de dispositivos reciben el nombre genérico de máquinas térmicas.
En ellas el sistema absorbe calor de un foco caliente; parte de él lo transforma en trabajo y el resto lo cede al medio exterior que se encuentra a menor temperatura. Este hecho da lugar a un parámetro característico que se denomina rendimiento y se define como el cociente entre el trabajo efectuado y el calor empleado para conseguirlo.
Ninguna máquina térmica alcanza un rendimiento del cien por cien.Se trata, sin embargo, de una ley general de la naturaleza que imposibilita la transformación íntegra de calor en trabajo. Por tal motivo las transformaciones energéticas que terminan en calor suponen una degradación de la energía, toda vez que la total reconversión del calor en trabajo útil no está permitida por las leyes naturales.


Las maquinas térmicas
Hasta el siglo XIX se explicaba el efecto del ambiente en la variación de la temperatura de un cuerpo por medio de un fluido invisible llamado calórico. Este se producía cuando algo se quemaba y, además, que podía pasar de un cuerpo a otro. La teoría del calórico afirmaba que una sustancia con mayor temperatura que otra, necesariamente, poseía mayor cantidad de calórico.

Así el calor adopta el rango de sustancia química, pero sus características que debían dar cuenta de los diferentes fenómenos distaban de estar claras.

Benjamín Thompson y James Prescott Joule establecieron que el trabajo podía convertirse en calor o en un incremento de la energía térmica determinando que, simplemente, era otra forma de la energía.
El debate se extendió hasta la segunda década del S. XIX y enfrentó las posiciones de Black y Lavoisiere que adherían a que el calórico “fijo” o “latente” se encontraba en combinación química con los cuerpos y aquellos que interpretaban al calor como un cambio en la capacidad (idea de Irvine).

Calórico
Historia Personal
Ley de Joule:
"La prueba más convincente de la conversión del calor en trabajo, se ha derivado de mis experimentos con el motor electromagnético, una máquina compuesta de imanes y barras de hierro puesta en marcha por una batería eléctrica"
FRASES CELEBRES:
"El orden se mantiene claramente en el universo ... gobernado por la voluntad soberana de Dios"
"La estructura animal, considerada como máquina (aunque cumpla funciones diversas) es más perfecta que la máquina de vapor mejor concebida. Quiere decirse que puede rendir un trabajo mayor con el mismo gasto de energía.”
Aplicación
Se utiliza un peso de 10kg
Se eleva a 2m de altura
Masa de agua del calorímetro es igual a 1,5 kg.
La temperatura inicial es de 15°C
Considerando que todo el trabajo mecánico se convierte en calor dentro del calorímetro:
T=C si T= m.g.h y C= m'(masa de agua).c(Tf-Ti)
m.g.h=m.c(Tf-Ti)

Tf=m.g.h+m'.c.Ti/m.c


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