Conductividad Termica

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    07-Jul-2015
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  • 1. ERICK CONDEPARALEO 4 OBJETIVOSAnalizar la capacidad de conductividad del calor de diferentes metales. RESUMENSe procede a pegar un pedazo de papel como tambin enrollar un hilo de coser alrededor de una lata, adems colocaremos trozos de plastilina sobre dos alambres que en nuestra prctica ser de acero y cobre. Todas las observaciones las anotaremos en el informe de esta prctica. INTRODUCCINSi sujetamos el extremo de una varilla de cobre y colocamos el otro en una flama, el extremo que sostenemos se calienta ms y ms, aunque no este en contacto directo con la flama. E l calor llega al extremo ms fro por conduccin a travs del material. En el nivel atmico, los tomos de las regiones ms calientes tienen ms energa cintica, en promedio, que sus vecinos ms fros, as que empujan a sus vecinos, continuando as a travs del material. Los tomos en si no se mueven de una regin del material a otra, pero su energa si. La mayor parte de los metales usa otro mecanismo ms eficaz para conducir calor. Dentro del metal, algunos electrones pueden abandonar sus tomos originales y vagar por la red cristalina. Estos electrones libres pueden llevar energa rpidamente de las regiones ms calientes del metal a las ms fras, y es por ello que los metales generalmente son buenos conductores del calor. Una varilla metlica a 20C se siente mas fra que un trozo de madera a 20C porque el calor puede fluir mas fcilmente de la mano al metal. L a presencia de electrones libres tambin hace que los metales en general sean buenos conductores elctricos.

2. ERICK CONDEPARALEO 4 Slo hay transferencia de calor entre regiones que estn a diferentes temperaturas, y la direccin de flujo siempre es de la temperatura ms alta a la ms baja. La figura muestra una varilla de material conductor con rea transversal A y longitud L. El extremo izquierdo se mantiene a una temperatura Tc, y el derecho, a una temperatura Tf, as que fluye calor de izquierda a derecha. Los costados de la varilla estn cubiertos con un aislante ideal, as 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 razn de flujo de calor es dQ/dt. Llamamos a sta corriente de calor, denotada por H. Es decir, H = dQ/dt. Se observa experimental que la corriente de calor es proporcional al rea 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 trmica 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 numrico de k depende del material. Los materiales con k grande son buenos conductores del calor; aquella con pequea k son malos conductores o aislantes. La ecuacin tambin de la corriente de calor que pasa a travs de una plancha o por cualquier cuerpo homogneo con rea transversal A uniforme y perpendicular a la direccin de flujo; L es la longitud del camino de flujo del calor.Las unidades de corriente de calor H son unidades de energa 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 despejndola de la ecuacin dando como resultado W/m k 3. ERICK CONDE PARALEO 4PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALEquipo Cmara de medicin trmica Lata metlica Hilo Pedacitos de papel Alambres de hierro y cobre de 20 cm. de longitud y 1mm de dimetro Plastilina Vela Fsforos a) Conductividad del calor Pegar un pedacito de papel sobre una lata y enrollar en ella un hilo de coser. Acercar un fsforo encendido al papel y al hilo (figura 1). Registre sus observaciones en el informe de esta prctica. 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 pequeos 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 transmitir, por conduccin, a lo largo de los hilos metlicos, produciendo la fusin de la plastilina. Registre sus observaciones en el informe de esta prctica. 4. ERICK CONDEPARALEO 4 Figura 2c) Demostracin de la conductividad trmica usando el mtodo de placa simple Se anexa a la cmara trmica los instrumentos sealados (figura 3.) Registre sus observaciones en el informe de esta prctica. Figura 3 RESULTADOSEn 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, as mismo enrollamos hilo alrededor de la lata y realizamos el mismo procedimiento y nuevamente pudimos observar que el hilo no se quemabaEn la segunda parte de la prctica donde consisti en enrollar un par de alambres de distinto metal pudimos notar que la plastilina que se coloc sobre estos comenz a derretirse, mas rpidamente en uno de los alambres que en este caso fue el cobre. 5. ERICK CONDE PARALEO 4DISCUSINAl momento de realizar la primera parte de la prctica debemos tener en cuenta que los dos alambres tengan igual dimetro y longitud como adems que estn bien enrollado el uno con el otro para que la misma cantidad de calor fluya a travs de ellos, otro punto muy importante es que el dimetro de los alambres sea preferiblemente de 1 mm para que podamos notar en cual alambre el trozo de plastilina se derrite mas rpido Esto se debe a queel calor se transmitir por conduccin a lo largo de los metales, fundindose la plastilina primeramente en el mejor conductor del calor que en este caso fue el cobre, que es propiedad fsica de cada metal.La manera correcta de realizar la segunda parte de la prctica, es que al momento de pegar el trozo de papel alrededor de la lata debamos asegurarnos que est lo mas junto posible, es decir que no existan espacios entre el papel y la lata, as mismo con el hilo, no debe existir espacio alguno entre la lata y el hilo, as mismo las tiras de hilos deben estar lo mas juntas posibles, o si no tanto el papel como el hilo se quemaran. La explicacin del el porqu 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, an si las llamas lo tocan. CONCLUSINPodemos concluir que en el caso de los metales cada uno de estos posee un distinto grado de conductividad trmica, es decir que el calor fluye con ms rapidez en ciertos metales. 6. ERICK CONDEPARALEO 4ANEXOS Observaciones y datos a) Conductividad de calorSe pudo observar que tanto el hilo como el papel no se inflamaron. b) Conductividad de diferentes metalesPudimos notar que la plastilina que se encontraba sobre el cobre sefundi con mayor rapidez que el que se encontraba sobre el alambre deacero.Anlisis a) Por qu 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 dosmateriales alcancen una temperatura a la que pueda inflamarse, an si lasllamas lo tocan. b) Qu ocurrira 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 quemaran, debido a queno posee un alto grado de conductividad trmica, y parte de este calorse transmitir al hilo y al papel produciendo que estos dos se quemen. c) Cul de los dos metales utilizados tiene el mayor coeficiente deconductividad trmica?El cobre tiene mayor conductividad trmica (372,1-385,2) W/(mK), y espor eso que en nuestra prctica la plastilina que estaba sobre este metalse derriti mas rpido que en el que estaba sobre el de acero (47-58)W/(mK) 7. ERICK CONDEPARALEO 4d) Un bloque de metal y uno de madera se encuentra a 10C. Por qu al tocar los dos bloques, el de metal parece ms fro que el de madera?Se debe a que estos dos cuerpos tienen distinto coeficiente deconductividad trmica y es por eso que al tocar un pedazo de metal y unpedazo de madera, se siente ms fro el metal, pero en realidad lo quepasa es que este absorbe calor ms rpido que la madera y da lasensacin de estar ms fro. e) Los britnicos utilizan una unidad de calor denominada Btu. En el comercio se venden acondicionadores de 12000 Btu. Es correcta esta expresin.No es correcto debido a que el BTU representa la cantidad de energaque se requiere para elevar un grado Fahrenheit la temperatura deuna libra de agua en condiciones atmosfricas normales. BIBLIOGRAFA-Serway. Tomo 1-Gua de Laboratorio de Fsica B-M. Zemansky, Calor y termodinmica (Aguilar, Madrid, 1973).-J.E. Fernndez y E. Galloni, Trabajos prcticos de Fsica-SERWAY, Raymond A. Fsica, Cuarta Edicin. Editorial McGraw-Hill, 1996. 8. ERICK CONDEPARALEO 4 FOTOS DE LA PRCTICA 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. ERICK CONDE PARALEO 4