El coeficiente de conductividad térmicas de varios metales
Enviado por Maribel Aragon Huarachi • 24 de Abril de 2017 • Informes • 2.720 Palabras (11 Páginas) • 330 Visitas
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
- OBJETIVO
- Determinar el coeficiente de conductividad térmicas de varios metales
- FUNDAMENTO TEORICO
El calor puede ser transferido de un punto a otro mediante tres procesos distinto: conducción, convección y radiación. De lo que aquí se trata es medir la cantidad de calor transferido por conducción.
En la conducción el calor se transmite a través de un medio material (en este caso a través del material en estudio) y no hay transporte de materia. La velocidad a la que se transfiere el calor a través del material () se representa por la letra H, y se denomina flujo de color.[pic 1]
2.1 LEY DE FOURIER
La ley de Fourier establece que el flujo de energía calorífica H (energía por unidad de tiempo, ) por conducción a través de una placa de área transversal A, de espesor dx y cuya diferencia de temperaturas entre las paredes interna y externa es dT, está dada por la siguiente ecuación:[pic 2]
(1)[pic 3]
Dónde: k= coeficiente de conductividad térmica ()[pic 4]
= Gradiente de temperatura ()[pic 5][pic 6]
El coeficiente de conductividad térmica k es propio de cada material y es una medida de la dificultad o facilidad que presenta un material al flujo de calor.
La integración de la ecuación (1) para una placa de área transversal A, espesor L, conductividad térmica k y cuyas paredes están a las temperaturas, T2 y T1 (figura 2) resulta:
[pic 7]
(2)[pic 8]
Como reemplazando en la ecuación (2)[pic 9]
(4)[pic 10]
Que es el calor o energía por unidad de tiempo () transmitido por conducción a través de la pared.[pic 11]
Si las caras de la pared se mantienen el tiempo suficiente a las temperaturas T2 y T1 se observa que la distribución de temperaturas a lo largo de la pared disminuye uniformemente desde la cara caliente T2 hasta la cara fría T1. Entonces se dice que el flujo de calor a través de la pared ha alcanzado el estado estacionario.
2.2 FLUJO DE CALOR DEL AMBIENTE
En laboratorio se utilizara el equipo Pasco Figura 1
Figura 1 Equipo Pasco de conductividad térmica e instrumentos para la práctica.
El equipo consta de una cámara de vapor donde se instala una placa de prueba solida de conductividad térmica k y sobre la placa se ubica un bloque de hielo.
El flujo de calor se realizara de la cámara de vapor hacia el bloque de hielo a través de la placa de prueba, también existirá un flujo de calor del ambiente hacia el hielo que hará que este se derrita en un tiempo transcurrido esta masa por unidad de tiempo será: [pic 12]
(5)[pic 13]
En este caso, el flujo de calor del medio ambiente será por convección natural del aire.
2.3 FLUJO DE CALOR DEL AMBIENTE MAS VAPOR DE AGUA
Sobre la cámara de vapor se instala la placa de prueba y sobre este un cilindro de hielo, mediante el generador de vapor y con una maguerita se proporciona vapor de agua a la cámara de vapor , el hielo comensara a derretirse por el medio ambiente;, pero sobre todo por conducción a través de la placa de prueba por acción del vapor de agua. La masa de hilo derretido por unidad de tiempo resulta:
(6)[pic 14]
La masa de hilo derretido exclusivamente por acción del vapor de agua será:
(7)[pic 15]
2.4 COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TERMINCA DEL VIDRIO
Mediremos sabiendo que se necesitan 80 cal/g calorías para fundir 1 gramo de hielo. Esto se expresa mediante el calor latente de fusión de hielo de la siguiente manera:[pic 16]
(8) [pic 17]
Reemplazando la ecuación (8) en la ecuación (4)
[pic 18]
[pic 19]
Despejando k
(9)[pic 20]
Reemplazando (7) en (9) se tiene:
(10)[pic 21]
Donde es la masa derretida de hielo con vapor de agua mas medio ambiente.[pic 22]
es la masa de hielo derretido solo por el medio ambiente.[pic 23]
es el calor de fusión, que es calor necesario para fundir un gramo de hielo, (en este caso 80 cal/g).[pic 24]
es el espesor de la placa en estudio [pic 25]
A es el área de la base de hielo
Temperatura de vapor de agua[pic 26]
Temperatura del hielo[pic 27]
Las unidades del coeficiente de conductividad térmica en el sistema internacional y C.G.S. son:
Sistema Internacional S.I. watts por metro kelvin
[pic 28]
Sistema Cegesimal C.G.S. caloría por segundo centímetro grado centígrado
[pic 29]
Propagando la ecuación (10) se determinara el intervalo de confianza del coeficiente de conductividad térmica k luego se tiene:
(11)[pic 30]
Mediante literatura es posible determinar el coeficiente de conductividad térmica teórico y comparar con el determinado en el experimento mediante:[pic 31]
(12)[pic 32]
La figura 2 muestra un esquema del experimento conductividad térmica:
[pic 33][pic 34][pic 35]
[pic 36]
[pic 37][pic 38][pic 39][pic 40]
[pic 41][pic 42][pic 43][pic 44][pic 45]
[pic 46][pic 47][pic 48][pic 49][pic 50][pic 51][pic 52][pic 53]
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[pic 58][pic 59][pic 60]
[pic 61]
[pic 62][pic 63]
[pic 64][pic 65][pic 66][pic 67][pic 68]
[pic 69]
Fig. 2 Esquema dl experimento conductividad térmica
El sistema utilizado consta de los siguientes elementos: una base, una cámara de vapor, un generador de vapor, un molde hielo y una serie de placas de distinto material para estudiar su conductividad térmica.
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