Practica de Fisica “Conduccion de calor”

PROTOCOLO DE PRÀCTICAS

11. Número de práctica: 3   12. Unidad: 313: Temática: Calor especifico. Calor, formas de transmisión de calor. Equilibrio térmico.14. Nombre de la práctica: “Conducción del calor”

15. Número de sesiones que se usarán en la práctica: 2

3. Planteamiento del problema.¿Ver que material conduce mejor el calor cuando lo calentamos?
4.Marco teóricoEn física, el calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.Transferencia del calor

El calor se puede transmitir por el medio de tres formas distintas:

  • Conducción térmica.
  • Convección térmica.
  • Radiación térmica.

La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto.

El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque ésta se produce a través del desplazamiento de partículas entre regiones con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente en materiales fluidos. Éstos al calentarse disminuyen su densidad y ascienden al ser desplazados por las porciones superiores que se encuentran a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí, es al transporte de calor por medio de las parcelas de fluido ascendente y descendente.

Radiación térmica^^ es la radiación emitida por un cuerpo como consecuencia de su temperatura y depende además de una propiedad superficial denominada emitancia. Todo cuerpo emite radiación hacia su entorno y absorbe radiación de éste.

La radiación infrarroja de un radiador hogareño común o de un calefactor eléctrico es un ejemplo de radiación térmica, al igual que la luz emitida por una lámpara incandescente. La radiación térmica se produce cuando el movimiento de partículas cargadas con átomos se convierte en radiación electromagnética.

La materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por radiación térmica es una densidad de probabilidad que depende solo de la temperatura.

Todos los cuerpos negros a una temperatura determinada emiten radiación térmica con el mismo espectro, independientemente de los detalles de su composición. Para el caso de un cuerpo negro, la función de densidad de probabilidad de la frecuencia de onda emitida está dada por la ley de radiación térmica de Planck, la ley de Wien da la frecuencia de radiación emitida más probable y la ley de Stefan-Boltzmann da el total de energía emitida por unidad de tiempo y superficie emisora. Esta energía depende de la cuarta potencia de la temperatura absoluta.

Unidades de medida

Tradicionalmente, la cantidad de energía térmica intercambiada se mide en calorías, que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura de 14.5 a 15.5 grados celsius. El múltiplo más utilizado es la kilocaloría (kcal):

 

De aquí se puede deducir el concepto calor específico de una sustancia, que se define como la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de dicha sustancia un grado celsius, o bien el concepto capacidad calorífica, análogo al anterior pero para una masa de un mol de sustancia (en este caso es necesario conocer la estructura química de la misma).

Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas .por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:

 

El joule (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades, (S.I.).

El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías

Equilibrio térmico

Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en equilibrio térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro. Esta definición requiere además que las propiedades físicas del sistema, que varían con la temperatura, no cambien con el tiempo. Algunas propiedades físicas que varían con la temperatura son el volumen, la densidad y la presión.

El parámetro termodinámico que caracteriza el equilibrio térmico es la temperatura. Cuando dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico, entonces estos cuerpos tienen la misma temperatura.

En realidad, el concepto de equilibrio térmico desde el punto de vista de la Termodinámica requiere una definición más detallada que se presenta a continuación.

5. ObjetivoQue nosotros conozcamos diferentes tipos de materiales que conduzcan calor y cual de ellos es el mejor..
6. HipótesisCreemos que el mejor conductor de calor será el cobre, luego el aluminio, luego el latón y el peor será el acero.
7.Plan de investigaciónTipo de investigación: Experimental(«) De campo(  ) Observación (  ) Documental (  )Instrumentos de investigación. Libros e Internet.

Programa de actividades: 5 octubre 07 Protocolo

                                         19 octubre 07 Experimentación / Conclusiones

8. Procedimiento

  • 1. Colocaremos en la estrella de picos la cera de campeche en cada uno de los extremos de la estrella.
  • 2. Sujetaremos la estrella de picos a una base.
  • 3. Colocaremos bajo la estrella un mechero para calentarla.
  • 4. Mediremos el tiempo que tarda en caer la cera de campeche en cada pico.
  • 5. Sacaremos con la distancia y el tiempo la velocidad de propagación de las ondas caloríficas.
  • 6. Haremos la grafica y la tabla de resultados.
9. Material, equipo y sustanciasEstrella de PicosCera de Campeche

Regla

4 Cronómetros

Mechero

10. Resultados

 

3cm

6cm

9cm

Aluminio

28s

1m03s

1m28s

Cobre

50s

1m

1m08s

Laton

56s

1m28s

2m34s

Acero

55s

2m49s

4m22s

 

 

3cm

6cm

9cm

Aluminio

54s

1m12s

1m32s

Cobre

39s

54s

1m05s

Laton

55s

1m39s

2m10s

Acero

45s

2m28s

3m55s

 

Graficas

11. Análisis de resultadosNuestra grafica salio creciente ya que a mayor distancia mayor era el tiempo en que la cera de campeche se derretía solo que en cada material variaba el tiempo pero segui siendo el aumento del tiempo proporcional a la distancia en cada material. Pudimos observar que la mejor conducción la tiene el cobre.
12. Conclusiones

experimemtador 1: Nuestra hipótesis fue casi correcta ya que en los 2 experimentos nos dieron resultados diferentes variando el cobre que debió ser el mejor conductor. Quedo claro que el acero fue el peor conductor.

experimemtador 2: Nuestra hipótesis fue casi correcta pues nos equivocamos en el latón y acero. Estuvo correcto en decir que el mejor era el cobre y después el aluminio.

experimemtador 3: Con la cera de campeche pudimos observar cual de los cuatro metales utilizados tiene mayor conducción calorífica. Esto en relación con nuestra hipótesis fue casi correcta ya que tuvimos 2 errores en el acero y el latón.

Grupal:

Hipótesis casi correcta ya que variaron los resultados y tuvimos algunos errores de medición pero al final pudimos concluir que el mejor conductor por su coeficiente de conductividad, que es de 9*10-2 , es el cobre

13. Manejo y disposición de desechosEl material fue dado y regresado al laboratorio.
14. BibliografíaGuillermet A., Apúntes de Termodinámica, Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo. pp. 620-622Marion Tanima, Gran enciclopédia de Física, México, ed. Diana, pp. 315-317

Goeff Kirchoff, Aplicaciones de Física, Gran Bretaña, 1996, ed. Sigur Ros, pp. 253-256

Feynman R., Leighton R., Sands M., Física, Vol I, Addison Wesley Iberoamericana, pp187

Física t Realidades, Aurélio Gonçalves y Carlos Toscano, Editora Scipione. 235-236

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor

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10 comentarios en “Practica de Fisica “Conduccion de calor”

  1. Evelin este problema se resuelve con la formula de dilatacion lineal, tienes que tener el coeficiente de dilatacion del acero que en este caso seria 12 x 10-6(doce por diez a la diez)
    esta aplicada a la formula que es Lf=Lo[1+α(Tf-To)] donde Lf es la longitud final despues de la dilatacion, Lo es la longitud inicial antes de la dilacion, α es el coeficiente de dilatacion, Tf y To son la temperaturas finale e inicial solo sustituye los datos en esta formula y ya

    Espero te sirva

  2. hola queria saber como se puede resolver esta practica que me dejaron para mañana se las paso es Las rieles de hacero de ferrocaril que crusa el altiplano mide 12,36 cm cuando la temperatura es de 10 grados centigrados
    a)¿cuanto se alarga un dia en que la temperatura sea de 40 crados centigrados
    b)cuanto se acorta cuando la temperatura se desiende hasta los -15 grados centigrados

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