INTRODUCCIÓN
Se ha realizado este trabajo con el fin de incentivar al estudiantado a que tenga un previo conocimiento sobre este tema como lo es la radiación térmica y transferencia de calor por convección, además, de los conceptos que lo involucran. Para que así, logre comprender, analizar, interpretar e identificar los procedimientos y fórmulas que se llevan a cabo para desarrollar y solucionar esta clase de problemas, y de esta manera, saber sobre lo que se va a hablar y tratar en la siguiente experiencia en el laboratorio. La expresión radiación se refiere a la emisión continua de energía de la superficie de todos los cuerpos. Los portadores de esta energía son las ondas electromagnéticas producidas por las vibraciones de las partículas cargadas que forman parte de los átomos y moléculas de la materia.
MARCO TEORICO
En física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están en distinto nivel energético. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
La conducción requiere contacto físico entre los cuerpos que intercambian calor, pero en la radiación no hace falta que los cuerpos estén en contacto ni que haya materia entre ellos. La convección se produce a través del movimiento de un líquido o un gas en contacto con un cuerpo de temperatura diferente. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación. La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Éstos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, su densidad disminuye.
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
• Estudiar la transferencia de calor por convección y radiación. OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Analizar gráficamente la relación entre temperatura contra tiempo para diferentes superficies. • Estudiar la absorción de calor de diferentes superficies. • Estudiar la transferencia de calor por convección en líquidos y gases.
CONVECCIÓN La convección es la transmisión de calor por movimiento real de las moléculas de una sustancia. Este fenómeno sólo podrá producirse en fluidos en los que por movimiento natural (diferencia de densidades) o circulación forzada (con la ayuda de ventiladores, bombas, etc.) puedan las partículas desplazarse transportando el calor sin interrumpir la continuidad física del cuerpo.
RADIACIÓN La radiación a la transmisión de calor entre dos cuerpos los cuales, en un instante dado, tienen temperaturas distintas, sin que entre ellos exista contacto ni conexión por otro sólido conductor. Es una forma de emisión de ondas electromagnéticas (asociaciones de campos eléctricos y magnéticos que se propagan a la velocidad de la luz) que emana todo cuerpo que esté a mayor temperatura que el cero absoluto. El ejemplo perfecto de este fenómeno es el planeta Tierra. Los rayos solares atraviesan la atmósfera sin calentarla y se transforman en calor en el momento en que entran en contacto con la tierra.
Radiación térmica
La radiación térmica tiene básicamente tres propiedades: Radiación absorbida. La cantidad de radiación que incide en un cuerpo y queda retenida en él, como energía interna, se denomina radiación absorbida. Aquellos cuerpos que absorben toda la energía incidente de la radiación térmica, se denominan cuerpos negros.
Radiación reflejada. Es la radiación reflejada por un cuerpo gris.
Radiación transmitida. La fracción de la energía radiante incidente que atraviesa un cuerpo se llama radiación transmitida La asociación mutua de los procesos de emisión, absorción, reflexión y transmisión de energía radiante por diferentes sistemas de cuerpos se conoce como intercambio de energía radiante.
Materiales
Trípode variable Varillas de soporte Soporte para tubos de vidrio Nuez doble Copa brillante Copa negra Tapón de goma Termómetro Cronometro Mechero Pinza universal Permanganato potásico Tijeras Cinta Espirales Vaso de precipitado Metro
Resultados Tiempo Calentar el Aire en las copas Enfriar el Agua en las copas T(Min)
T1
T2
T1
T2
Brillante
Negra
Brillante
Negra
1
29
34
68
64
2
29
34
65
61
3
29
34
62
58
4
29
34
60
56
5
29
34
58
54
6
29
34
56
52
7
29
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51
8
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9
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1) Trazar un diagrama con las 2 temperaturas en función del tiempo para cuando se calienta el agua y para cuando se deja enfriar el agua caliente. Temperatura en el eje Y, tiempo en el eje X.
Temperatura Vs Tiempo 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2) Según la experiencia realizada ¿Qué cuerpo absorbe mejor la radiación térmica? ¿Y qué cuerpo irradia mejor el calor? Explique. R=/2 El cuerpo que absorbe mejor la radiación térmica según los datos obtenidos es la copa negra ya que las superficies negras serán las que mejor absorban la energía térmica.
El cuerpo que irradia mejor el calor es el
brillante ya que este reflejaba la radiación térmica ofrecida por la llama.
3) ¿Por qué crees que no se utilizo agua para realizar la primera parte de la experiencia? R=/3 Porque el cambio de temperatura no sería muy evidente con el agua en la experiencia ya que la radiación térmica de la mecha es mínima, además el aire sería ideal para realizar esta experiencia por lo tanto fue utilizado el aire y no el agua, más que todo se uso en la otra experiencia para saber cuál de las 2 copas conserva la energía en su interior.
4) Di algunos ejemplos que tú hallas observado en la vida real con respecto a estas experiencias. R=/4
En la construcción de elementos que absorban la radiación térmica
presentada en nuestro medio como en el caso de los paneles solares que absorben la radiación emitida por el sol. También en la construcción de elementos que irradien el calor como en el caso de los aviones que son realizados con metales brillantes.
5) ¿Qué diferencia encuentra usted en las dos graficas realizadas, para cuando se calienta el aire y para cuando se deja enfriar el agua? R=/5 Que la copa negra fue la mejor en absorber la radiación térmica emitida por la mechera a diferencia de la copa brillante, y en el otro caso la copa brillante fue la ideal para conservar la energía del agua ya que su temperatura al enfriar fue mucho más alta que la de la copa negra, ya que esta comenzó a absorber su energía y por eso el agua se enfrió en mayor tiempo que la copa brillante.
CUESTIONARIO
1. De la definición de absorbancia; que dice la ley de prevost sobre intercambio de calor. La absorbancia1 (a veces, absorbencia) ( ) es definida como: , donde: Es la intensidad de la luz con una longitud de onda específica pasada por una muestra (intensidad de la luz transmitida)
y que es
Es la intensidad de la luz antes de que entre a la muestra (intensidad de la luz incidente) El término es frecuentemente intercambiable con densidad óptica, si bien este último se refiere a la absorbancia por unidad de longitud. Las medidas de absorbancia son frecuentemente usadas en química analítica, ya que la absorbancia es proporcional al grosor de una muestra y la concentración de la sustancia en ésta, en contraste a la transmitancia I / I0, la cual varía exponencialmente con el grosor y la concentración.
2. ¿De qué de pende la cantidad de energía irradiada por un cuerpo? Depende exclusivamente de su temperatura, ya que esta energía es igual a una constante por la temperatura elevada a 4. La ley de Stefan-Boltzmann establece que un cuerpo negro emite radiación térmica con una potencia emisiva superficial (W/m²) proporcional a la cuarta potencia de su temperatura: Donde Te es la temperatura efectiva o sea la temperatura absoluta de la superficie y sigma es la constante de StefanBoltzmann: Esta potencia emisiva de un cuerpo negro (o radiador ideal) supone un límite superior para la potencia emitida por los cuerpos reales. La potencia emisiva superficial de una superficie real es menor que el de un cuerpo negro a la misma temperatura y está dada por: Donde épsilon (ε) es una propiedad radiactiva de la superficie denominada emisividad. Con valores en el rango 0 ≤ ε ≤ 1, esta propiedad es la relación entre la radiación emitida por una superficie real y la emitida por el cuerpo negro a la misma temperatura. Esto depende marcadamente del material de la superficie y de su acabado, de la longitud de onda, y de la temperatura de la superficie.
3. Los termos se construyen con pared doble y un espacio vacío entre ellas. ¿Cuál es la finalidad de este espacio? explique su respuesta. Primero, los colores claros reflejan además de la luz, el calor, no permitiendo la temperatura del interior se reduzca o aumente con el contacto con el otro
material... además, el aire es mal conductor del calor, por eso es el vacío. En algunos casos, como los calentadores de agua, utilizan un tipo de espuma que funciona como aislante. Una botella denominada "termo" consiste en un recipiente de vidrio con doble pared, y en el cual existe un vacío entre las paredes. Las dos superficies internas del vidrio son plateadas. Esta es la manera en que este dispositivo reduce la pérdida de calor por conducción, convección y radiación.
4. Las paredes del termo se construyen con una superficie plateada, que sea reflectante, ¿cuáles es el objetivo de esto? Explique su respuesta. Simplemente retardan la transferencia de calor respecto del medio externo. En la mayoría de los casos es el medio externo el que tendrá mayor capacidad de hacer prevalecer su poder, en este caso su propia temperatura. Un termo será mejor o peor que otro, según los materiales con que esté constituida su estructura. Y son las propiedades de esa estructura las que dificultan o retardan la transferencia de calor desde o hacia su contenido.
5. Porque las noches del cielo despejado son más frías que las noches del cielo nublado. Porque el calor acumulado durante el día se escapa por la noche rápidamente a la atmósfera haciendo que bajen tanto las temperaturas, si el cielo está nublado, La cobertura nubosa impide ese escape tan acusado haciendo que no se produzcan heladas. Teniendo en cuenta que las heladas se producen cuando la temperatura es menor de 0º, cuando esta nublado los grados se suelen quedar positivos, aunque también hay diferencia
CONCLUSIÓN
Los usos de la radiación ionizante son cada vez más frecuentes. Por esto, aparte de que estamos expuestos siempre a una cierta dosis natural, tiende a incrementarse la posibilidad de recibir radiación proveniente de fuentes artificiales. Podría ser por los múltiples generadores de radiación para usos médicos que existen, por la aplicación de radioisótopos en diversos procesos industriales, o por accidentes que suceden por la ignorancia y el uso inadecuado de fuentes y generadores de radiación. Cuando se usa radiación, el riesgo de una dosis excesiva se puede reducir al mínimo con métodos de trabajo apropiados y buenos hábitos. En este libro se ha tratado de dar la información básica para poder decidir cómo minimizar el riesgo hasta niveles aceptables. En el manejo inadecuado de la radiación ionizante se han presentado accidentes de consecuencias serias y espectaculares. Además, es del conocimiento público que las radiaciones pueden tener efectos a largo plazo, lo que ha llevado frecuentemente a temores irracionales y al rechazo de su empleo. Por otra parte, como las radiaciones no se ven ni se sienten, se han dado casos en que el usuario cae en actitudes de falsa confianza. Ambos extremos son igualmente nocivos. La radiación, sus características y sus efectos principales en los humanos son bien conocidos. Por lo tanto debe ser posible convivir con ella con la máxima seguridad. Se pueden establecer rutinas de manejo que tomen en cuenta las experiencias y conocimientos expresados aquí. Además existen normas a nivel nacional e internacional para regular su uso.
Educar, difundir e informar con veracidad a todos los usuarios, trabajadores y público en general es el medio más efectivo para reducir riesgos y evitar exposiciones innecesarias.
BIBLIOGRAFIA
http://www.buenastareas.com/ensayos/Transferencia-De-Calor-ConduccionConveccion-Radiacion/1721945.html
http://exa.unne.edu.ar/investigacion/energia_solar/PUBLICACIONES/informe _PI455.pdf
http://www.buenastareas.com/ensayos/Transferencia-De-Calor-ConduccionConveccion-Radiacion/1721945.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/alterna/alterna.htm
Informe de Transferencia de Calor Por Conducción y Convección
Laboratorio de Física II
Presentado por:
Luis Churio Aldair Cuentas Harvey Villafañe Alexander Guzmán Kevin Caicedo
Presentado A: Harold Villamil
Universidad Autónoma del Caribe Barranquilla-2013
