Informe de laboratorio de física Transferencia de calor por conducción

Informe de laboratorio de física

Transferencia de calor por conducción

Introducción:

La transferencia de calor es un proceso, en el cual se intercambia energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas. Esta se puede realizar por tres métodos diferentes; conducción, convección y radiación, estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, pero puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros.

En esta experiencia se va a tratar el tema de la conducción, la cual  ocurre en los sólidos se cree que este es debido al movimiento de los electrones libres que transportan energía  cuando hay una diferencia de temperatura. De aquí que los buenos conductores eléctricos son buenos conductores del calor.

El flujo de calor a través de una varilla o una lámina se puede determinar mediante la siguiente fórmula:

H = KA∆T/L donde: (Watt = Joule /seg)

K = Constante de conductividad térmica (Watt/ºC m)

A = Área de transferencia de calor (m2)

∆T = Diferencia de temperatura entre el punto caliente y el punto frío. (ºC) L = Longitud de la varilla o espesor de la lamina (m)

Los buenos conductores de calor tienen una constante de conductividad alta, los malos conductores se les denominan aislantes térmicos y tienen una constante de conductividad baja. Cuando dos materiales de diferentes conductividades térmicas y áreas semejantes, se ponen en contacto, la velocidad de conducción de calor a través de cada material debe ser constante. Si los puntos extremos se mantienen a una temperatura constante, al final se lograra un flujo estacionario. Siempre y cuando no haya fuentes ni sumideros de energía térmica dentro de los materiales. Esto nos permite recordar que el calor no se acumula ni se acelera.

Marco teórico

En primer lugar, construiremos un modelo simplificado que explique la conducción térmica, es decir, el establecimiento de un flujo de calor entre elementos adyacentes de la barra, cuando exista un  gradiente de temperatura.

Cuando se ponen en contacto dos cuerpos con temperatura s diferentes, intercambian energía hasta que ambos alcancen el equilibrio térmico a la misma temperatura.

El equilibrio no es estático sino dinámico, ya que los dos cuerpos pueden intercambiar energía al nivel microscópico, aunque dicho intercambio tiene lugar en ambas direcciones, no habiendo en promedio intercambio neto en ninguna de las dos.

El caso más simple es aquel en el que ambos subsistemas tienen el mismo número de partículas, la temperatura de equilibrio es la media de las temperaturas iniciales de ambos cuerpos.

Modo de transmisión de calor. El paso de calor de los cuerpos más calientes a otros que lo están menos se llama transmisión de calor y se produce en 3 formas.

La propagación por conducción tiene lugar cuando se en contacto entre dos cuerpos que están en diferentes temperaturas o cuando dos puntos de un mismo objetos.

Está a diferente temperatura en la propagación por conducción la transmisión del calor se lleva a cabo por medio de transferencias de energía de una molécula a otra la capacidad para producir el calor vara notablemente de un material a otro. En general los elementos son muy conductores del calor. Destacan en ellas la plata y el cobre u otros materiales por ejemplo, los plásticos, la madera, la nana de vidrio u barro, son malos conductores del calor y se utiliza por tal motivo en otras situaciones en que debemos mantener la conducción del calor en límites. La conductibilidades bastante menor en los líquidos en la que los sólidos  y un menor en los gases vacíos.

Objetivo general

Que el estudiante adquiera los conocimientos sobre los mecanismos de transferencia de calor por conducción y convección aplicados a diferentes geometrías; superficies de enfriamiento; fundamentos de los intercambiadores de calor en cuanto a su principio de funcionamiento, cálculo térmico, características de operación y aplicaciones. Que comprenda la importancia de los mecanismos de transferencia de calor en los procesos de producción y de transformación de energía.

Objetivos específicos

1. Observar el fenómeno de transferencia de calor por conducción a través de una pared compuesta de  dos placas  diferentes.

 2. Determinar el flujo de calor a través de una  pared compuesta por dos placas  mediante modelos matemáticos incluidos en el software.

 3 Determinar el flujo de calor a través de una sola placa

 4. Observar cuál de las placas  estudiadas conduce mejor el calor.

Descripción de la experiencia

En la siguiente experiencia se puede determinar el flujo de calor a través de una sola placa o puede conformar una pared compuesta por dos palcas y también determinar este flujo.

Monte el calentador de placas en el par de bornes que posee la cámara térmica en su parte interna

 Conecte la cámara térmica a la fuente de tensión de 12 voltios, utilizando el par de cables negro

 Escoger la placa de poli estireno. Inicialmente  se coloca la lámina de aluminio lacada en negro con este lado hacia la fuente de calor. Dentro de la cámara térmica, luego se coloca la placa de poli estireno, previamente a esta se le han colocado las plaquitas de aluminio en las entalladuras circulares que esta tiene, con el fin de obtener un buen contacto térmico entre la placa de aluminio y la placa de poli estireno.

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