MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE UNA VARILLA

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MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE UNA VARILLA

METÁLICA

1. OBJETIVOS:  

.         Determinar la conductividad térmica de diferentes materiales.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Fig. 1: [pic 2]

Representación gráfica del

experimento.

La varilla metálica se coloca en posición vertical, el extremo inferior se calienta con vapor del agua en ebullición, el extremo superior se pone en contacto con un líquido volátil en ebullición. De este modo, ambos extremos de la varilla mantienen su temperatura invariable durante todo el proceso de medida mientras las sustancias en contacto permanezcan en estado líquido.

El vapor de agua se escapa por un tubo vertical, que es refrigerado con agua fría. Parte del vapor se condensa y regresa al depósito inferior.

La varilla metálica en posición vertical, se envuelve con material aislante excepto por sus extremos, para evitar las pérdidas de calor por su superficie lateral.

El extremo inferior, se calienta con vapor de agua a TA=100º C, la varilla conduce el calor hacia el extremo superior que está en contacto con un líquido volátil a su temperatura de ebullición TB. El vapor sale por un tubo curvado que se refrigera con agua fría, el vapor se condensa y líquido resultante se acumula en un tubo graduado, que mide el volumen de líquido que se condensa a medida que transcurre el tiempo.

A partir de la medida del volumen de líquido volátil condensado durante un determinado tiempo, se obtiene el valor de la conductividad térmica de la varilla metálica.

Ley de Fourier:

La ley de Fourier afirma que hay una proporcionalidad entre el flujo de energía J (energía por unidad de área y por unidad de tiempo), y el gradiente de temperatura dT/dx. La constante de proporcionalidad K es característica del material y se denomina conductividad térmica.

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Siendo d la longitud de la varilla y (𝑇𝐴 − 𝑇𝐵) la diferencia de temperaturas entre sus extremos.

La cantidad de calor Q que llega al extremo superior de la varilla en el tiempo t es [pic 5], siendo S el área de la sección de la varilla. Entonces:

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Este calor se emplea en evaporar una masa m de líquido volátil en el tiempo t. Conocemos calor de vaporización es 𝐿𝑉 de dicho líquido (calor necesario para pasar 1 kg de sustancia del estado líquido al estado gaseoso a la temperatura del cambio de estado).

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝐿𝑉 

Esta masa m de líquido que se ha convertido en vapor a la temperatura TB de ebullición pasa por un tubo refrigerado con agua fría. La condensación del vapor da lugar a un volumen V=m/ρ de líquido. Siendo ρ la densidad del líquido volátil.

Obtenemos finalmente, la siguiente fórmula a partir de la cual despejamos la conductividad K de la varilla metálica.

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III. ACTIVIDAD VIRTUAL:

• Datos

La temperatura 𝑇𝐴 = 100ºC es la temperatura de ebullición del agua contenida en el depósito inferior.

• Líquidos volátiles disponibles: 

• Varillas metálicas disponibles: 

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