Propiedades Termicas

Instituto Tecnológico de Durango

Materia: Materiales mecánicos

Maestro: Ing. Roberto Aragón Sanabria

Alumno: Armando Frías Medina

Numero de control: 11040605

Trabajo: Propiedades térmicas de los materiales

Carrera: Ing. Mecánica

Grado: 2do semestre

Índice

Introducción

Capacidad calorífica

Calor específico

Capacidad térmica y calor específico

Expansión térmica

Conductividad térmica

Choque térmico

Conclusión

Introducción

En el presente trabajo vamos a ver a grandes rasgos algunos conceptos que intregran la materia de Tecnología de los Materiales, los cuales nos servirán para poder tener en claro algunas ideas que nos servirán para tener una comprensión mas clara de dicha materia, así mismo nos permitirá familiarizarnos con la industria del acero sus tratamientos y aplicaciones a la industria y a la vida diaria, algunos de los conceptos que trataremos será: Historia de los materiales y su evolución a través de loa años, veremos que esto ha ejercido cierta influencia en las sociedades de todo el mundo, veremos la clasificación de los materiales como son los metales, cerámicos y los plásticos, así también veremos las propiedades físicas y químicas de dichos materiales y el como conocerlas nos permite trabajar de una manera mas eficiente con ellos también veremos las estructuras cristalinas, el como conocer la estructura interna de los materiales nos permite darles un mejor uso y que puedan se de mejor aprovechamiento, así también los tratamientos térmicos que dichos materiales pueden recibir con el objeto de darles una mayor durabilidad y mejor aplicaciones a la industria, otro aspecto que trataremos será los aceros y como su uso y aplicaciones a lo largo del tiempo ha evolucionado y mejorado, algo que no podría faltar son los enlaces químicos y como conocerlos nos da ideas sobre el uso y aplicación de los materiales, anexaremos también un pequeño laboratorio de maquinas que su uso es las famosas pruebas de tensión, dureza, fatiga e impacto, las cuales nos permiten checar la calidad de los materiales de una manera cualitativa y cuantitativa veremos la grafica de Hierro Carburo de Hierro, la cual es usada en los procesos de fundición del acero, dicha grafica es de singular uso, ya que en ella se pueden observar todos los procesos de fundición del acero y de cómo este se trabaja, agregaremos también algunas microfotografías de las estructuras de la austenita, ferrita y otras, en ellas se puede observar los granos y también que distingue a una de la otra, es decir la micro estructura de los aceros, a lo largo de de este curso se podrán ver muchos conceptos que en su totalidad nos permiten asimilar como la industria de los materiales ha progresado y que aun los ingenieros hoy en día trabajan con el único fin de descubrir nuevos materiales y reinventar los ya conocidos con el fin de mejorar la economía y poder aprovechar de manera optima los recursos que se tienen a la mano, a lo largo de las ultimas décadas este ha sido el quehacer de la industria, no tan solo en los materiales sino en todas sus ramas, la evolución de la industria y los nuevos tiempos traenmayores necesidades y es responsabilidad nuestra la optimización de los procesos industriales.

Capacidad calorífica

La capacidad calorífica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura (SI: 1 K) de una determinada sustancia, (usando el SI).1 Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende, no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema; por ello, es característica de un cuerpo o sistema particular. Por ejemplo, la capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será mayor que la de un vaso de agua. En general, la capacidad calorífica depende además de la temperatura y de la presión.

Calor específico

La capacidad calorífica no debe ser confundida con la capacidad calorífica específica o calor específico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo «para almacenar calor»,2 y es el cociente entre la capacidad calorífica y la masa del objeto. El calor específico es una propiedad característica de las sustancias y depende de las mismas variables que la capacidad calorífica.

Se denomina capacidad térmica o calorífica al cociente entre el calor que se suministra a un sistema y la variación de temperatura provocada:

Donde C es la capacidad calorífica o térmica, dQ el calor que es necesario suministrar para incrementar la temperatura en dT.

La capacidad térmica expresa el calor que es capaz de almacenar un sistema al incrementarse su temperatura, de ahí que se denomine «capacidad» a esta magnitud, pero también de la oposición a dicho cambio de temperatura en la medida en que cuanto mayor sea la capacidad térmica mayor habrá de ser el calor suministrado para lograr la misma variación de temperatura pudiendo hablarse así de cierta «inercia térmica»; por ejemplo, las grandes masas de agua son capaces de almacenar grandes cantidades de calor sin aumento perceptible de temperatura o por contra de liberar calor sin apenas enfriarse de modo que pueden actuar como reguladores térmicos templando los climas costeros. Este calor es proporcional a la masa por lo que se suele trabajar con las capacidades térmicas específicas referidas a la unidad de masa o volumen —kilogramo, mol y metro cúbico o litro son las unidades usualmente empleadas— lo que permite caracterizar el comportamiento de la sustancia independientemente del efecto de la masa antes comentado.

Capacidad térmica y calor específico

La Capacidad Calorífica © de una sustancia es una magnitud que indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Puede interpretarse como un efecto de Inercia Térmica.

Está dada por la ecuación:

C = Q/T [J/K]

Donde C es la capacidad calorífica, Q es el calor y T la variación de temperatura.

Se mide en joule por kelvin (unidades del SI).

La capacidad calorífica © va variando según la sustancia.

Su relación con el calor específico es:

C = c.m

En donde c es el calor específico, y m la masa de la sustancia considerada.

Igualando ambas ecuaciones, procedamos a analizar:

Q/T = c * m

De aquí es fácil inferir que aumentando la masa de una sustancia, aumentamos su capacidad calorífica, y con ello aumenta la dificultad de la sustancia para variar su temperatura. Un ejemplo de esto se puede apreciar en las ciudades costeras donde el mar actúa como un gran termostato regulando las variaciones de temperatura. El calor específico o capacidad calorífica específica, c, de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para aumentar su temperatura en una unidad por unidad de masa, sin cambio de estado:

En donde c es el calor específico, Q es la cantidad de calor, m la masa y ΔT la diferencia entre las temperaturas inicial y final...

Su unidad en el sistema SI es el julio por kilogramo y kelvin, cuya notación es J/ (kg•K). También se usa bastante las unidad del sistema técnico, la kilocaloría por kilogramo y grado Celsius y su notación es: kcal/kgºC.

También existe la capacidad calorífica molar que se relaciona con el calor específico como:

De ahí se deduce una fórmula para el calor intercambiado dependiente del número de moles (n) en vez de la masa (m).

Expansión térmica

Como resultado de los cambios en la temperatura, cambios en la materia en el volumen. Este concepto es conocido como expansión térmica. Cuando una sustancia se calienta, las partículas se mueven dentro de la materia sobre la, cada vez más activos a medida que aumenta la temperatura. Esta actividad provoca que las partículas se necesiten espacio adicional entre sí, ampliando el tamaño de un material. La ecuación para describir este concepto se conoce como el coeficiente de expansión térmica y puede ser definido por el hecho de que el grado de expansión es dividido por el cambio de temperatura en un material.

La utilización de ciertos materiales sólidos en la construcción y la ingeniería es un resultado directo de la expansión térmica. La necesidad de objetos para mantener su forma sin resultados de una distorsión importante en la práctica común de la utilización de metales y plásticos. Por ejemplo, un martillo tiene que conservar su forma, como aumento de las temperaturas para evitar deterioro. Si bien este principio general, es cierto basado en el tipo de material utilizado, de ciertas estructuras, tales como cristales, pueden poseer diferentes coeficientes de expansión térmica en función de la forma.

Lo mismo sucede con el concepto de la expansión térmica negativa, las

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