DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE MATERIALES SÓLIDOS

[pic 1]

FÍSICA II

(MA-462)

FORMATO DE INFORME DE LABORATORIO

Sobre la calificación del Informe

El informe tiene cinco rubros generales:        

Presentación: Sobre la presentación del informe (formato establecido)         (2,0 puntos)

Marco Teórico: Objetivos y fundamento teórico (y bibliografía)        (1,5 puntos)

Procedimiento experimental: Materiales y procedimiento experimental         (1,5 puntos)

Análisis de resultados: Datos experimentales y análisis de datos        (5,0 puntos)

Conclusiones: Conclusiones y sugerencias        (3,0 puntos)

DATOS GENERALES DE LOS PARTICIPANTES Y PARTICIPACIÓN

Responsable del equipo de laboratorio: Cisneros Ricra, Kely

Integrantes del equipo:

Integrante Nº1: Valcárcel Ponce de León, Sebastián

Integrante Nº2: Benites Huanca, Claudia

Integrante Nº3: Cisneros Ricra, Kely

Integrante Nº4: Vallejos Cordova, July

Título del laboratorio:

DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE MATERIALES SÓLIDOS

1. MARCO TEÓRICO

1. Objetivos generales

∙ Calcular el flujo de calor a partir del tiempo de fusión de una determinada masa de agua.

∙ Determinar la conductividad térmica de un material a partir de sus características     geométricas.

1. Fundamento teórico  

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN

La transferencia de calor es un proceso, en la cual, sistemas con diferentes temperaturas están entregando y recibiendo energía. El sistema con mayor temperatura cede calor al de menor temperatura. El tipo de proceso depende de los materiales, y entre los procesos más conocidos son:

∙ Conducción: a través del contacto directo, sin intercambio de materia.

∙ Convección: a través de colisiones entre moléculas en movimiento de gases y líquidos, o colisiones entre moléculas en movimiento (gas o líquido) y la red de un sólido.

∙ Radiación: a través de ondas electromagnéticas.

El proceso de conducción se basa en el contacto directo entre dos cuerpos o diferentes partes de un cuerpo, sin intercambio de materia. De esta manera, el calor fluye de un cuerpo de mayor temperatura a un cuerpo de menor temperatura que esté en contacto con el primero. Por ejemplo, si se tiene una barra de metal con un extremo a una temperatura alta, se transferirá energía al extremo más frío, debido a las colisiones de partículas.

Fórmula:

[pic 2]

Siendo:

: Calor transferido en el tiempo[pic 3]

: Conductividad térmica[pic 4]

: Área de la superficie de contacto[pic 5]

: Temperatura[pic 6]

: Espesor del material[pic 7]

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La conductividad térmica se refiere a la cantidad/velocidad de calor transmitida a través de un material. La transferencia de calor se produce en mayor proporción en los materiales con alta conductividad térmica con respecto a aquellos con baja conductividad térmica. Los materiales con alta conductividad térmica se usan mucho en aplicaciones de disipación térmica y los materiales con baja conductividad térmica se usan como aislante térmico. La conductividad térmica de los materiales depende de la temperatura.^[1]

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

[pic 8]

1. Equipo y materiales

• Bloque de hielo
• Cámara de vapor
• Colector de agua
• Generador de vapor (TD-8556A)
• Placas de diferentes materiales
• Placa de vidrio
• Balanza digital Ohaus (sensibilidad 0,01 g)
• Vernier digital (sensibilidad 0,01 mm)
• Cronómetro (sensibilidad 0,01 s)[pic 9]
• Aparato de conductividad térmica
• Agua
• Calorímetro

1. Procedimiento experimental

A Temperatura Ambiente

• En primer lugar, medimos el diámetro del bloque inicial usando una regla de hielo a temperatura ambiente. El hielo debe estar a 0 °C.
• En segundo lugar, colocamos el bloque de hielo sobre el material en estudio, como se observa en la Figura 3.1, y recolecte el hielo fundido durante un tiempo de 10 minutos aproximadamente y anote sus Figura 3.1 2 mediciones en la Tabla 3.2.
• En tercer lugar, medimos indirectamente la masa de hielo fundido (magua). Con estos datos se calculó el valor de R ± ΔR.
• Finalmente, se puede observar que el valor obtenido de R representa la masa de hielo fundido por unidad de tiempo debido a la transferencia de calor de cualquier fuente que no esté a una diferencia de temperatura de 100 ºC a través del material.

A 100 °C

• Primero, se retiró el hielo del material y se conectó el generador de vapor a la cámara.
• Luego encendimos el generador y se dejó que el vapor circule por algunos minutos hasta que la temperatura de la cámara se estabilizó.
• Posteriormente, se pone nuevamente el bloque de hielo y recolectó hielo fundido durante un tiempo de 5 minutos aproximadamente. Anotaremos las mediciones en la Tabla 1.
• Por último, medimos indirectamente la masa de hielo fundido (magua). Con estos datos obtenidos se calculó el valor de R ± ΔR. Se observó que, en este caso, el valor obtenido de R incluye la transferencia de calor debido a los 100 °C y al medio externo. Complete la Tabla 3.3.

1. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

1. Datos experimentales y observaciones

Tabla 3.2

Incertidumbre del vernier  (m) = 0,00001 m

Incertidumbre de balanza (kg) = 0,0001 kg

Incertidumbre del cronómetro (s) = 0,01 s

L ± ΔL =  (0,00589  ±   0,00001 )  m

[pic 10]

• [pic 11]

[pic 12]

 kg[pic 13]

• [pic 14]

[pic 15]

A 100 °C

• [pic 16]

 kg[pic 17]

[pic 18]

Observaciones:

• Al derretirse el hielo el volumen disminuye.
• El flujo de calor será del vidrio al hielo.
• Se hizo el primer ensayo a temperatura ambiente.

1. Análisis de datos y/o modelos que expliquen las observaciones

Tabla N° 3.3

Cálculo de R

...