TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCION

LABORATORIO DE FISICA II

INTEGRANTES

ISMAEL PEÑA OCHOA 141420879

DIEGO PÉREZ SABOGAL 141421203

GABRIEL PEÑALOZA P. 141420285

GRUPO: CD

DOCENTE:

ING. EDUARDO ENRIQUE MARTINEZ IGLESIAS

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS

LABORATORIO DE FISICA

BARRANQUILLA

2015-04-07

TABLA DE CONTENIDO

pág.

Resumen………………………………………………………………………….3

Introducción…………………………………………………………………….4

Marco teórico………………………………………………………………….5

Objetivos…………………………………………………………………………6

Descripción de la experiencia…………………………………………..7

Materiales……………………………………………………………………….8

Tabla de resultados y explicación……………………………………. 9

Observaciones………………………………………………………………… 14

Conclusión………………………………………………………………………. 15

Hoja de evaluación y cuestionario……………………….………….. 16

Referencias bibliográficas………………………………………………… 18

Anexos………………………………………………………………………………19

Página 2

RESUMEN

Bueno esta experiencia que vivimos el 24 de marzo del 2015 fue llevada a cabo en el laboratorio de física calor y ondas de la universidad autónoma del Caribe (UAC).

El tema tratado fue transferencia de calor por conducción el cual afirma que “se intercambia energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas”. Por lo tanto esto fue lo que quisimos experimentar o comprobar en el laboratorio.

Entonces iniciamos con una explicación acerca de este tema expuesta por el profesor, el cual nos explicó conceptos, formulas y entre otras cosas, las cuales eran necesarias para poder llevar a cabo el procedimiento en el laboratorio.

El Docente nos brindó los materiales utilizados en esta experiencia. Comenzamos introduciendo los parámetros y formulas en el programa de Cassy Lab, introducimos la lámina de aluminio y la placa de polietileno en la cámara térmica, procedemos a conectarla a la fuente de corriente, esta lleva dos sondas las cuales son introducidas a un lado de la caja las cuales son las encargadas de tomar la temperatura que es trasmitida de un cuerpo a otro. Luego hicimos el mismo procedimiento pero con la placa de cartón enyesado y la placa de madera

Luego finalizamos esta experiencia, con cada resultado obtenido de los diferentes materiales utilizados, los cuales tenemos que exponer y explicar en este informe.

Página 3

INTRODUCCIÓN

Transferencia de calor por conducción; es la más sencilla de entender, consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

Con el siguiente informe describiremos la experiencia obtenida en el laboratorio poniendo en práctica la teoría dada por el profesor, describiremos los métodos utilizados en el laboratorio y explicaremos las conclusiones a las cuales llegamos cuando termínanos la practica en el laboratorio.

Analizaremos cada una de los resultados que obtuvimos gracias al montaje entregado por el docente, este montaje está compuesto por el Cassy Lab, cámara térmica, placas de: polietileno, cartón enyesado y placa de madera. Cuyas mediciones de transferencia de calor se obtuvieron gracias al programa que se encuentra en los computadores del laboratorio (Cassy lab).

Página 4

MARCO TEÓRICO

La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes. La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1, se encuentra que el calor ∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío. Si se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor de Fourier.

Ejemplo:

Tengo una barra metálica con un extremo a 80ºC y otro a temperatura ambiente, si no tengo ninguna otra influencia externa y el extremo caliente se mantiene a 80ºC, habrá una transferencia de calor por conducción desde el extremo caliente hacia el frío incrementando la temperatura de este último.

Los malos conductores o aislantes son los que oponen mucha dificultad al paso del calor aprovechando esta propiedad muchas vasijas para calentar líquidos se hacen aluminio.

La conducción del calor significa transmisión de energía entre sus moléculas.

La transmisión del calor por contacto molecular se llama conducción.

Página 5

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

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

OBJETIVO ESPECIFICO

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

Determinar el flujo de calor a través de una sola placa Observar cuál de las placas estudiadas conduce mejor el calor

Página 6

DESCRIPCIÓN DE LA EXPERIENCIA

En esta experiencia utilizamos los siguientes materiales: una cámara para medición calorífica con caja aislante, placa de polietileno, placa de cartón enyesado y una placa de madera aglomerada.

Primero procedimos a enchufar la cámara térmica luego introducimos la lámina de aluminio lacada en negro con este lado hacia la fuente de calor. Dentro de la cámara térmica, luego colocamos la placa de polietileno, previamente a esta se le coloco 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 polietileno, luego introducimos las dos sondas por el canal de medición que se encuentra, a un costado de la caja térmica entre la placa de aluminio y la placa de polietileno, tratando de que la punta de la sonda pasara por el canal que posee la placa de polietileno y llegue a la entalladura circular que esta tiene.

Este mismo procedimiento se realizó con las otras dos placas, la placa de madera aglomerada y la placa de yeso prensado.

Página 7

MATERIALES

Cámara para mediciones calorimétricas con caja aislante Sondas térmicas Termo acumulador de aluminio Materiales de pared Placa de polietileno Placa de cartón enyesado Placa de virutas de madera aglomerado Placas de aluminio lacadas de negro por un lado Placas de aluminio sin lacar Calentador de placas

Página 8

TABLA DE RESULTADOS

Polietileno

H: nos indica la rapidez con que se transfiere el calor, t: el tiempo transcurrido

En esta grafica se puede observar la gran rapidez con que se transporta el calor, el polietileno es un gran transportador de calor como se pudo observar en la gráfica ya que H/W nos da muy elevado al cabo de 10 minutos, este el material que mayor calor conduce de todos los materiales estudiados en la experiencia. Luego vemos cómo va alcanzando su equilibrio térmico

Madera prensada

Página 9

t / min H / W00:00 1,46900:30 1,48601:00 1,66801:30 1,94202:00 2,14102:30 2,34303:00 2,48803:30 2,74304:00 2,87104:30 3,0705:00 3,23405:30 3,3406:00 3,44706:30 4,02707:00 4,24407:30 4,29508:00 4,49308:30 4,609:00 4,70709:30 4,76110:00 4,867

La madera aglomerada es la que menos conduce calor de todos los materiales experimentados por que presenta una conducción de calor muy baja la cual esta expresada en H/w y la gráfica nos arroja un resultado muy bajo en comparación con los demás. Luego vemos cómo va alcanzando su equilibrio térmico

t / min &J_A12 / °C &J_A11 / °C K / W/m°c &DT / °c H / W00:00 30 33,6 0,032 3,58 0,25700:30 30,7 34,8 0,032 4,08 0,29401:00 31 35,7 0,032 4,74 0,341

Página 10

t / min H / W00:00 0,25700:30 0,29401:00 0,34101:30 0,42102:00 0,49802:30 0,58503:00 0,65703:30 0,71404:00 0,77904:30 0,81805:00 0,87505:30 0,91106:00 0,95306:30 0,98907:00 1,02107:30 1,04908:00 1,0708:30 1,09909:00 1,10209:30 1,12710:00 1,148

01:30 31,1 36,9 0,032 5,85 0,42102:00 31,2 38,1 0,032 6,91 0,49802:30 31,3 39,4 0,032 8,12 0,58503:00 31,4 40,5 0,032 9,13 0,65703:30 31,8 41,7 0,032 9,92 0,71404:00 32 42,8 0,032 10,82 0,77904:30 32,5 43,9 0,032 11,36 0,81805:00 32,8 44,9 0,032 12,15 0,87505:30 33,2 45,8 0,032 12,65 0,91106:00 33,6 46,9 0,032 13,24 0,95306:30 34,1 47,8 0,032 13,73 0,98907:00 34,6 48,7 0,032 14,18 1,02107:30 35 49,5 0,032 14,57 1,04908:00 35,5 50,4 0,032 14,87 1,0708:30 36 51,3 0,032 15,26 1,09909:00 36,5 51,8 0,032 15,31 1,10209:30 37 52,6 0,032 15,65 1,12710:00 37,5 53,4 0,032 15,94 1,148

T: tiempo transcurrido

&J_A12 / °C: la temperatura marcada en ese instante

K: es la constante de conductividad del material

H: rapidez con que se transfiere el calor

&DT / °c:es el delta de temperatura, la diferencia entre ellos.

Yeso cartón

Página 11

Página 12

t / min H / W00:00 1,46700:30 1,87601:00 2,16301:30 2,4902:00 2,77702:30 3,02203:00 3,18603:30 3,41204:00 3,51304:30 3,63105:00 3,91205:30 3,98906:00 4,08606:30 4,16407:00 4,32407:30 4,34208:00 4,37908:30 4,41609:00 4,41309:30 4,53210:00 4,488

El yeso cartón es el segundo material que conduce más calor ya que H/W nos arroja un resultado casi parecido al que nos arrojó la tabla de resultado del poliestireno y en la gráfica también se aprecia la gran conducción de calor que tiene. Luego vemos cómo va alcanzando su equilibrio térmico

t / min &J_A12 / °C &J_A11 / °C K / W/m°c &DT / °c H / W00:00 28 31,7 0,18 3,62 1,46700:30 28,3 33 0,18 4,63 1,87601:00 28,7 34 0,18 5,34 2,16301:30 29,1 35,3 0,18 6,15 2,4902:00 29,5 36,4 0,18 6,86 2,77702:30 29,9 37,4 0,18 7,46 3,02203:00 30,4 38,3 0,18 7,87 3,18603:30 30,8 39,3 0,18 8,43 3,41204:00 31,5 40,2 0,18 8,67 3,51304:30 32,1 41,1 0,18 8,97 3,63105:00 32,6 42,3 0,18 9,66 3,91205:30 33,3 43,2 0,18 9,85 3,98906:00 34 44,1 0,18 10,09 4,08606:30 34,5 44,8 0,18 10,28 4,16407:00 35 45,7 0,18 10,68 4,32407:30 35,6 46,3 0,18 10,72 4,34208:00 36,3 47,1 0,18 10,81 4,37908:30 36,9 47,8 0,18 10,9 4,41609:00 37,6 48,5 0,18 10,9 4,41309:30 38,1 49,3 0,18 11,19 4,53210:00 38,7 49,8 0,18 11,08 4,488

Página 13

T: tiempo transcurrido

&J_A12 / °C: la temperatura marcada en ese instante

K: es la constante de conductividad del material

H: rapidez con que se transfiere el calor

&DT / °c:es el delta de temperatura, la diferencia entre ellos.

OBSERVACIONES

El Docente nos dio unos instrumentos de laboratorio y nosotros procedimos a realizar todas las matrices en el programa cassy lab.

La experiencia consistía en observar el intercambio de energía térmica entre dos cuerpos con diferentes temperaturas (transferencia de calor por conducción).

Vemos que todos los objetos que se introdujeron en la cámara tuvieron 10 minutos allí, cada uno tiene un intervalo de resultados de cada 30 segundos.

Observamos que el polietileno tiene mayor rapidez de conducción térmica que todos los otros elementos utilizados, ya que en la gráfica es el más alto, luego observamos que el que le sigue en cuestión de conducción térmica es el yeso-cartón y después por ultimo esta la madera prensada que es la más baja en conducción térmica de los tres materiales que utilizamos.

Página 14

CONCLUSIÓN

Se pudo estudiar el modelo de transferencia de calor por conducción.

Concluimos que cada material que utilizamos en esta experiencia (yeso-cartón, madera prensada, polietileno) tiene una conducción de calor diferente, una es más rápida que otras (polietileno) y una es más lenta que otras (madera prensada).

Para que exista la transmisión de calor mencionada debe existir diferencia de temperaturas, diferencia que también es llamada salto térmico o gradiente de temperaturas. Llegamos a concluir también que la transferencia de calor por conducción se transfiere por colisiones entre las moléculas de la región más caliente de un cuerpo hacia la más fría sin que estas sufran ninguna traslación en el interior del cuerpo.

Página 15

Página 16

Página 17

BIBLIOGRAFIA

Para el desarrollo de la experiencia y la ejecución del laboratorio, hemos tomado como base el libro de los ingenieros Eduardo Enrique Martínez Iglesias y Harold Wilson Villa mil Agámez titulado MANUAL DE LABORATORIO DE FISICA II , Editorial Uniautonoma.

Página 18

ANEXOS

Página 19

Página 20