La conducción de calor en metales sigue una ley sencilla

[pic 1][pic 2]

[pic 3]

Resumen Ejecutivo

La conducción de calor en metales sigue una ley sencilla. Como sabemos se trata de:

[pic 4]

En nuestro experimento el foco caliente no se mantendrá constante en el tiempo. Un aspecto importante de la experiencia es medir cómo va aumentando la temperatura en el extremo frío. El objetivo de esta parte de la práctica consiste en determinar la conductividad térmica para dos materiales y dado que no podemos calcular 𝒌 de una forma directa, nos valdremos de un método gráfico para determinar k en cada caso. Para ello observamos la siguiente ecuación para calcular la corriente de calor 𝐻:

𝐻 = ∆𝑄 ∆𝑡 = 𝑘 𝐴 (𝑇𝐶 − 𝑇𝑓) 𝐿 

En donde, 𝑇𝐶 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑏𝑒𝑎𝑘𝑒𝑟)(Constante) 𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 (𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎) 𝑇𝑓 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 ( 𝑐𝑜𝑝𝑖𝑡𝑎)(𝑣𝑎𝑟í𝑎) 𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 

Consideremos la relación numérica entre la corriente de calor y el coeficiente de conductividad térmica: 𝐻 𝐾 Despejando de nuestra ecuación original se tiene lo siguiente:

𝐻 𝑘 = 𝐴 (𝑇𝐶−𝑇𝑓) 𝐿 ;

Unidades en 𝑚 ∙ 𝐾 Luego, sabemos que las unidades de la relación anterior son 𝑚 ∙ 𝐾 por lo que para determinar 𝑘 debemos dividir unidades de 𝑊 entre lo anterior para obtener las unidades de 𝒌. En nuestro experimento tanto la barra, como el agua y la copita absorben calor por lo que nuestra ecuación para la corriente de calor será de la siguiente forma

𝐻 = ∑ 𝑄𝑖 3 𝑖=1 ∆𝑡 = ∑ 𝑚𝑖𝑐𝑖 3 𝑖=1 ∆𝑇𝑖 ∆𝑡 ;

Unidades en Watts (W) Donde 𝑚𝑖 = Masa de la copita, del agua y de la barra de aluminio o cobre correspondiente. 𝑐𝑖 = Calor específico del agua, del aluminio/ cobre y de la copita hecha de aluminio. (4190 J/kg*k, 910 J/kg*K y para el cobre 390 J/kg*K) ∆𝑇𝑖= Diferencia de temperatura entre cada medición. (Cada 60 segundos. Se comienza a calcular en el minuto 1) ∆𝑡 = Intervalo de tiempo, cada 60 s. El método gráfico consistirá en graficar Ʃ𝑸 𝜟𝒕 𝒗𝒔 𝑯 𝒌 mediante mínimos cuadrados y de este modo podremos determinar la conductividad térmica mediante la pendiente de la recta de regresión.

Procedimiento

Procedimiento Experimental y Toma de Datos

Procedimiento Experimental

A. Montaje

1. Monte el material de soporte según la figura:

2. Mida en la varilla que va a utilizar, el ancho b y el diámetro d de su sección.

3. La longitud medida ha de corregirla introduciendo las longitudes verticales que están

fuera del vaso y la copa: lcorr = l + s1 + s2. Coloque el beaker y el soporte universal

con la copa de manera que entre los dos se pueda sostener en su momento la varilla

en forma de U hacia abajo. Ahora bien, mídala pero no la coloque todavía

4. Agregue 200ml de agua en el beaker.

[pic 5]

Detalle del montaje de la varilla entre el ´beaker´ y la copa Varilla en forma de U cuya conductividad se va a medir b s1 s2

B. Realización

1. Caliente el agua hasta que hierva, luego baje la intensidad de la llama.

2. Coloque en la copa 20 ml de agua (use probeta y pipeta).

3. Mida la temperatura, ésta corresponde a t = 0 min.

4. Calibre el sensor con la temperatura que se tomó en el inciso anterior. Coloque la copita en el montaje, asegúrese de hacerlo en el menor tiempo posible para evitar que el agua y la copita absorban calor.

...