Termodinamica

Medición de conductividad térmica

C. C. Erazo1, C. A. Rojas2, A. Quira3

1ingenieria industrial, Facultad de ingenierias, Fundación Universitaria de Popayán, calle 5 8-44, Popayán Colombia

Recibido: 29 de agosto de 2013

Resumen

Utilizamos diferentes metales en forma de varilla con dimensiones casi idénticas para determinar la conductividad termica, se coloco una gota de cera en una punta y en la otra punta se procedio a calentarla con una vela se midio el tiempo en que se tardava en derretirse la gota de cera en el estremo de la varilla cuado se derritió se tomo la temperatura este proceso se llevo a cavo en cienco metales diferentes.

No todos los materiales tienen la misma conductividad por que era difernte el tiempo que se tardaba la gota de cera para derretirse.

Palabras claves: conductividad termica, temperatura, tiempo.

Abstract

We use different shaped metal rod with almost identical dimensions to determine the thermal conductivity, is placed a drop of wax on one end and at the other end we proceeded to heat it with a candle was measured over time in which to melt drop tardava wax in the extremity of the rod is melted priate take this process tem-perature took cienco dig in different metals.

Not all materials have the same conductivity was difernte the time taken for the drop of wax melt.

Keywords: thermal conductivity, temperature, time.

Introducción

Se utilizaron cinco diferentes metales los cuales tienen dife-rnte conductividad termica, se experimento con cada uno de ellos para llegar a la conclucion de cual era el mejor conductor de calor.

En nuestra carrera como ingenieros industriales es muy importante identificar los materiales que presentan mayor y menor conductividad termica ya que en algún momento tendremos la necesidad de llevar a cavo diferentes proyec-tos donde se vean involucrados la utilización de materiales resistentes al calor o que por el contrario la conductividad termica sea mayor.

En un proyecto donde tengamos que optimizar el tiempo y la energía que utilizamos para cocinar algún alimento o material en alguna línea de producción podríamos utilizar ollas en cobre ya que estas tienen una mayor conductivi-dad termica.

Marco Teórico

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a sustan-cias con las que no está en contacto.

La conductividad térmica se mide en W/(K•m) ( equivalen-te a J/(s•°C•m) )

La conductividad térmica es una magnitud intensiva

La conductividad térmica es un escalar k definido como:

Donde

= es el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área).

= es el gradiente de temperatura.

Cuando se calienta la materia la energía cinética promedio de sus moléculas aumenta, incrementándose su nivel de agitación. La conducción de calor, que a nivel macroscópi-co puede modelizarse mediante la ley de Fourier, a nivel molecular se debe a la interacción entre las moléculas que intercambian energía cinética sin producir movimientos globales de materia

La conductividad térmica es una propiedad de los materia-les que valora la capacidad de transmitir el calor a través de ellos. Es elevada en metales y en general en cuerpos conti-nuos, es baja en polímeros, y muy baja en algunos materia-les especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por ello aislantes térmicos.

En algunos procesos industriales se busca maximizar la conducción de calor.

El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocu-rriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se en-cuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

La conducción de calor o transmisión de calor por conduc-ción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de mate-ria, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor tem-peratura a otro a menor temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la con-ductividad térmica. La propiedad inversa de la conductivi-dad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo, es el intercambio de energía interna, que es una combinación de la energía ciné-tica y energía potencial de sus partículas microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad térmica de la materia depende de su estructura microscópica: en un fluido se debe principalmente a

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