Conductividad Termica

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Conductividad Termica

  1. 1. ERICK CONDE PARALEO 4 OBJETIVOS Analizar la capacidad de conductividad del calor de diferentes metales. RESUMEN Se procede a pegar un pedazo de papel como también enrollar un hilo de coser alrededor de una lata, además colocaremos trozos de plastilina sobre dos alambres que en nuestra práctica será de acero y cobre. Todas las observaciones las anotaremos en el informe de esta práctica. INTRODUCCIÓN Si sujetamos el extremo de una varilla de cobre y colocamos el otro en una flama, el extremo que sostenemos se calienta más y más, aunque no este en contacto directo con la flama. E l calor llega al extremo más frío por conducción a través del material. En el nivel atómico, los átomos de las regiones más calientes tienen más energía cinética, en promedio, que sus vecinos más fríos, así que empujan a sus vecinos, continuando así a través del material. Los átomos en si no se mueven de una región del material a otra, pero su energía si. La mayor parte de los metales usa otro mecanismo más eficaz para conducir calor. Dentro del metal, algunos electrones pueden abandonar sus átomos originales y vagar por la red cristalina. Estos electrones “libres” pueden llevar energía rápidamente de las regiones más calientes del metal a las más frías, y es por ello que los metales generalmente son buenos conductores del calor. Una varilla metálica a 20ºC se siente mas fría que un trozo de madera a 20ºC porque el calor puede fluir mas fácilmente de la mano al metal. L a presencia de electrones “libres” también hace que los metales en general sean buenos conductores eléctricos.
  2. 2. ERICK CONDE PARALEO 4 Sólo hay transferencia de calor entre regiones que están a diferentes temperaturas, y la dirección de flujo siempre es de la temperatura más alta a la más baja. La figura muestra una varilla de material conductor con área transversal A y longitud L. El extremo izquierdo se mantiene a una temperatura Tc, y el derecho, a una temperatura Tf, así que fluye calor de izquierda a derecha. Los costados de la varilla están cubiertos con un aislante ideal, así que no hay transferencia de calor por los dos lados. Si se transfiere una cantidad de calor dQ por la varilla en un tiempo dt, la razón de flujo de calor es dQ/dt. Llamamos a ésta corriente de calor, denotada por H. Es decir, H = dQ/dt. Se observa experimental que la corriente de calor es proporcional al área transversal A de la varilla y la diferencia de temperatura (Tc – Tf), e inversamente proporcional a la longitud de la varilla L. Introduciendo una constante de proporcionalidad k llamada conductividad térmica del material, tenemos La cantidad de calor (Tc – Tf)/L es la diferencia de temperatura por unidad de longitud, llamada gradiente de temperatura. El valor numérico de k depende del material. Los materiales con k grande son buenos conductores del calor; aquella con pequeña k son malos conductores o aislantes. La ecuación también de la corriente de calor que pasa a través de una plancha o por cualquier cuerpo homogéneo con área transversal A uniforme y perpendicular a la dirección de flujo; L es la longitud del camino de flujo del calor. Las unidades de corriente de calor H son unidades de energía por tiempo, o sea, potencia; la unidad SI de corriente de calor es el watt (1 W = 1 J/s). Podemos determinar las unidades de k despejándola de la ecuación dando como resultado W/m k
  3. 3. ERICK CONDE PARALEO 4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Equipo • Cámara de medición térmica • Lata metálica • Hilo • Pedacitos de papel • Alambres de hierro y cobre de 20 cm. de longitud y 1mm de diámetro • Plastilina • Vela • Fósforos a) Conductividad del calor Pegar un pedacito de papel sobre una lata y enrollar en ella un hilo de coser. Acercar un fósforo encendido al papel y al hilo (figura 1). Registre sus observaciones en el informe de esta práctica. Figura 1 b) Conductividad de diferentes metales Enrolle los alambres de hierro y cobre por uno de sus extremos, como muestra la figura 2. Coloque pequeños trozos de plastilina a lo largo de los extremos libres de los alambres de hierro y cobre. Caliente con una flama la parte enrollada de los alambres. El calor se transmitirá, por conducción, a lo largo de los hilos metálicos, produciendo la fusión de la plastilina. Registre sus observaciones en el informe de esta práctica.
  4. 4. ERICK CONDE PARALEO 4 Figura 2 c) Demostración de la conductividad térmica usando el método de placa simple Se anexa a la cámara térmica los instrumentos señalados (figura 3.) Registre sus observaciones en el informe de esta práctica. Figura 3 RESULTADOS En la primera parte practica tomamos una lata y procedimos a pegar un pedazo de papel sobre el y notamos que aquel papel no se quemaba a pesar que el fuego se lo colocaba de manera que este en contacto directo con el papel, así mismo enrollamos hilo alrededor de la lata y realizamos el mismo procedimiento y nuevamente pudimos observar que el hilo no se quemaba En la segunda parte de la práctica donde consistió en enrollar un par de alambres de distinto metal pudimos notar que la plastilina que se colocó sobre estos comenzó a derretirse, mas rápidamente en uno de los alambres que en este caso fue el cobre.
  5. 5. ERICK CONDE PARALEO 4 DISCUSIÓN Al momento de realizar la primera parte de la práctica debemos tener en cuenta que los dos alambres tengan igual diámetro y longitud como además que estén bien enrollado el uno con el otro para que la misma cantidad de calor fluya a través de ellos, otro punto muy importante es que el diámetro de los alambres sea preferiblemente de 1 mm para que podamos notar en cual alambre el trozo de plastilina se derrite mas rápido Esto se debe a que el calor se transmitirá por conducción a lo largo de los metales, fundiéndose la plastilina primeramente en el mejor conductor del calor que en este caso fue el cobre, que es propiedad física de cada metal. La manera correcta de realizar la segunda parte de la práctica, es que al momento de pegar el trozo de papel alrededor de la lata debíamos asegurarnos que esté lo mas junto posible, es decir que no existan espacios entre el papel y la lata, así mismo con el hilo, no debe existir espacio alguno entre la lata y el hilo, así mismo las tiras de hilos deben estar lo mas juntas posibles, o si no tanto el papel como el hilo se quemaran. La explicación del el porqué estos dos materiales no se queman se debe a que la lata absorbe el exceso de calor y no deja que los dos materiales alcancen una temperatura a la que pueda inflamarse, aún si las llamas lo tocan. CONCLUSIÓN Podemos concluir que en el caso de los metales cada uno de estos posee un distinto grado de conductividad térmica, es decir que el calor fluye con más rapidez en ciertos metales.
  6. 6. ERICK CONDE PARALEO 4 ANEXOS Observaciones y datos a) Conductividad de calor Se pudo observar que tanto el hilo como el papel no se inflamaron. b) Conductividad de diferentes metales Pudimos notar que la plastilina que se encontraba sobre el cobre se fundió con mayor rapidez que el que se encontraba sobre el alambre de acero. Análisis a) ¿Por qué el papel y el hilo tiene el comportamiento observado? Se debe a que la lata absorbe el exceso de calor y no deja que los dos materiales alcancen una temperatura a la que pueda inflamarse, aún si las llamas lo tocan. b) ¿Qué ocurriría si el papel y el hilo se enrolla alrededor de un pedazo de madera? Explique. Si se enrolla sobre madera el papel y el hilo se quemarían, debido a que no posee un alto grado de conductividad térmica, y parte de este calor se transmitirá al hilo y al papel produciendo que estos dos se quemen. c) ¿Cuál de los dos metales utilizados tiene el mayor coeficiente de conductividad térmica? El cobre tiene mayor conductividad térmica (372,1-385,2) W/(m·K), y es por eso que en nuestra práctica la plastilina que estaba sobre este metal se derritió mas rápido que en el que estaba sobre el de acero (47-58) W/(m·K)
  7. 7. ERICK CONDE PARALEO 4 d) Un bloque de metal y uno de madera se encuentra a 10ºC. ¿Por qué al tocar los dos bloques, el de metal parece más frío que el de madera? Se debe a que estos dos cuerpos tienen distinto coeficiente de conductividad térmica y es por eso que al tocar un pedazo de metal y un pedazo de madera, se siente más frío el metal, pero en realidad lo que pasa es que este absorbe calor más rápido que la madera y da la sensación de estar más frío. e) Los británicos utilizan una unidad de calor denominada Btu. En el comercio se venden acondicionadores de 12000 Btu. ¿Es correcta esta expresión. No es correcto debido a que el BTU representa la cantidad de energía que se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua en condiciones atmosféricas normales. BIBLIOGRAFÍA -Serway. Tomo 1 -Guía de Laboratorio de Física B -M. Zemansky, Calor y termodinámica (Aguilar, Madrid, 1973). -J.E. Fernández y E. Galloni, Trabajos prácticos de Física -SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996.
  8. 8. ERICK CONDE PARALEO 4 FOTOS DE LA PRÁCTICA Podemos notar que tanto el hilo como el papel no se inflaman debido a que la lata absorbe la mayor parte del calor permitiendo asi que no se queme el papel ni el hilo Se puede observar que en el alambre de cobre la plastilina se funde con mayor rapidez que en el alambre de acero
  9. 9. ERICK CONDE PARALEO 4

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