Conduccion termica de un material

CONDUCCIÓN Y PERDIDA DE CALOR A LO LARGO DE UNA BARRA METÁLICA
Jorge Alberto Caro Vargas 133206, Leonardo Garcia Fernandez 2 de noviembre de 2010

En este experimento se midio la distribución de temperatura en una barra de acero sometida a distintas condiciones de contorno. Se estudio la conducción del calor de un extremo a otro de la barra y el calor que pierde por convección por susupercie. Se hayo el calor que pierde por conveccion en la ecuacion (3.2), en las gracas 3.1 , 3.2 , 3.3 vemos las diferencias tendencias de las distribuciones de temperatura con respecto a la distancia.
1. Introducción
De la experiencia cotidiana observamos que si se sujeta el extremo de una barra metálica, como por ejemplo una cuchara, y se coloca el otro en una llama, el extremo que se sostiene secalienta de a poco, aunque no esté en contacto directo con la llama. El calor llega al extremo más frío por conducción a través del material. A nivel atómico, los átomos de las regiones más calientes tienen en promedio más energía cinética que sus vecinos más fríos, así que los empujan y les dan algo de su energía. Los vecinos empujan a sus vecinos, continuando así a través del material. Los átomosen sí no se mueven de una región del material a otra, pero la energía sí se propaga. La mayor parte de los metales usan otro mecanismo más efectivo para conducir calor. Dentro del metal, algunos electrones pueden abandonar sus átomos padres y vagar por la red cristalina. Estos electrones  libres pueden llevar energía rápidamente de las regiones más calientes del metal a las más frías. Es porello que los metales que son buenos conductores de la electricidad generalmente son también buenos conductores del calor. Sólo uye calor entre regiones que están a diferentes temperaturas, y la dirección del ujo siempre es de la temperatura más alta, TH, a la más baja, TC. Si se transere una cantidad de calor dQ en un tiempo dt, la razón de ujo de calor, H, es dQ/dt, y se la llama corriente decalor. Introduciendo una constante de proporcionalidad k, llamada conductividad térmica del material, para una barra de longitud L y área transversal A, tenemos:

Resumen

H=

TH − Tc dQ = kA dt L
1

(1.1)

Figura 2.1: Montaje para la primera parte del experimento con respecto al tiempo, y tambien con respecto a la distancia

Para ello, la barra tendría que estar aislada de forma deno transferir calor por sus lados al medio circundante. Si la temperatura varía de manera no uniforme a lo largo de la varilla conductora, introduciendo una coordenada x a lo largo de la barra y generalizando el gradiente de temperatura como dT/dx, entonces la corriente de calor es:

H=

dQ dT = −kA dt dx

(1.2)

El signo negativo indica que el calor siempre uye en la dirección detemperatura decreciente. (2) En este experimento estudiamos cómo es la distribución de temperaturas en una barra de acero que conduce calor de un extremo a otro y transere calor por convección con el ambiente a través de su supercie expuesta al aire.

2.

Montaje Experimental
Primero se coloco una barra de 1,16 m. de longitud donde uno de sus ex-

tremos estaba siendo calentada por un mechero, secoloco un medidor de temperatura jo a 0,12 m del inicio de la barra y donde estaba siendo calentada, en esta primera parte del experimento se vio como cambiaba la temperatura en este punto con respecto al tiempo, en un intervalo de 10 minutos cada 15 s. ver gura 2.1 En la segunda parte del experimento, cuando la temperatura de la barra se encontraba estable, se tomo la temperatura cada 2 cm. Alo largo de la barra, para ver el comportamiento de esta con respecto a la distancia. Ver gura 2.1 En la tercera y ultima parte del experimento se indujo calor y frío, el calor siguió

2

Figura 2.2: Montaje experimental de la barra con inuencia de 2 temperaturas una caliente y una fria

igual con el mechero, para el extremo frío se uso nitrógeno liquido, con esto se observo la...