Introducción
La transferencia del calor en un material se dá por conducción, la mayor parte de los metales transfieren muy eficientemente debido a que poseen electrones libres capaces de llevar la energia desde las zonas mas calientes a las mas frias del metal. Por otro lado solo hay transferencia de calor entre zonas que están a distintas temperaturas y la dirección del flujo de calor es siempre de temperaturas altas a temperaturas mas bajas. Si se transfiere una cantidad de calor Q por la varilla en un tiempo t, llamamos flujo de claro H a la razón Q/t. El flujo de calor tambien se conoce como corriente térmica. Es decir H = dQ / dt (1) Experimentalmente se sabe que el flujo es proporcional a la sección de transferencia A de la varilla y a la diferencia de temperatura (tctf), e inversamente proporcional al largo de la barra L. Introduciendo una constante de conductividad térmica k del material tenemos:
H = kA
tc− tf
/L (2)
La cantidad (tctf)/ L es la diferencia de temperatura por unidad de longitud, llamada gradiente de temperatura. El valor de k depende del material, un k alto significa que el material es un buen conductor del calor. Si la temperatura varía de manera no uniforme a lo largo de la varilla, introduciendo la coordenada x a lo largo, podemos generalizar el gradiente de temperatura como dt/dx, esto es:
H = kAdt / dx (3) − Donde el signo negativo indica que el calor siempre fluye en la dirección de temperatura decreciente. Conociendo el flujo, el area y el gradiente podemos hayar k, es importante decir que este coeficiente varía con las condiciones del material (humedad que contiene, temperatura a la que se hace la medición), por lo que se fijan condiciones para hacerlo, generalmente para material seco y 15ºC (temperatura media de trabajo de los materiales de construcción) y en otras ocasiones, 300 K (26,84 ºC).
Método experimental
A
una barra metálica se le realizaron mediciones de sus caracteristicas geométricas con un calibre. Posteriormente se la calentó en una punta con una resistencia, y por su otro extremo se la refrigeró con un flujo constante de agua de modo de establecer un gradiente térmico. A través de termopares ubicados en puntos conocidos se midió las temperaturas en los distintos puntos de la barra una vez que se había establecido el equilibrio térmico. Este proceso de medición se realizó varias veces variando la potencia entregada por la resistencia. Además se
realizó el mismo procedimiento en condiciones adiabáticas (en un termo) y en condiciones diatérmicas. EXPERIMENTO DE CONDUCTIVIDAD TERMICA Lecturas H20 Tin(°C) H20 Tout(°C) T ambiente T1(°C) T2(°C) T3(°C) T4(°C) Amperaje (A) Reóstato (%) Material arriba Dimensiones(mm) Material abajo Dimensiones(mm) Tiempo de encendido Flujo de agua(ml) Tiempo(s) F/agua
1 20 21 23 20 20 20 20 0 0 Al
2 20 26 23 30 55 85 100 0.38 88 Al
Cu
Cu
0 51 10
15 50 10
3 20 27 25 40 60 70 80 0 0 Al
0 50 10
4 20 27 25 60 75 90 110 0.38 88 Al
15 50 10
5 20 27 25 40 40 60 60 0.38 88 Acero
6 20 27 26 40 42 90 150 0.38 88 Acero
7 20 27 26 30 30 38 35 0.38 88 Acero
8 20 28 27 40 60 90 110 0.38 88 Acero
Cu
Cu
Al
Al
15 31 10
15 31 10
15 36 10
15 36 10
DIMENSIONES 1. Barra de Al (1) -------- 2.5" de longitud, 1" de diámetro, 2 perforaciones con 2 " entre ellas. 2. Barra de Al (2) -------- 4" de longitud,
0.6875”
de diámetro, 4 perforaciones con 1.1875"
entre ellas. 3. Barra de Cu (1) --------1.5" de longitud, 1" de diámetro, 2 perforaciones con 1" entre ellas. 4. Barra de Cu (2) --------2.5" de longitud, 1" de diámetro, 2 perforaciones con 2" entre ellas. 5. Barra de acero --------1.5" de longitud, 1" de diámetro, 2 perforaciones con 1" entre ellas.
1 2 3 4 5
material
Longitud(m)
Diámetro(m)
Barra de Al Barra de Al Barra de Cu Barra de Cu Barra de Acero
0.0635 0.1016 0.0381 0.0635 0.0381
0.0254 0.01746 0.0254 0.0254 0.0254
# de Perforaciones distancia(m) 2 ~~~~~~~~~~~~ 0.0508 4 ~~~~~~~~~~~~ 0.0301 2 ~~~~~~~~~~~~ 0.0254 2~~~~~~~~~~~~ 0.0508 2~~~~~~~~~~~~ 0.0254
y
Lectura 1
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Suponiendo que l es aproximadamente 1
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Despejando K y sustituyendo valores en 1
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K= puesto que el amperaje en la resistencia es cero.
Lectura 2
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Suponiendo que l es aproximadamente 1
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Despejando K y sustituyendo valores en 1
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Lectura 3
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Suponiendo que l es aproximadamente 1
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Despejando K y sustituyendo valores en 1
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Lectura 4
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Suponiendo que l es aproximadamente 1
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Despejando K y sustituyendo valores en 1
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