Conductividad termica y electrica de metales

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CONDUCTIVIDAD TÉRMICA Y ELÉCTRICA DE METALES

Martha Liliana Chacón, Diego Andrés Roa, Sergio Andrés Ovalle
Grupo 3; Fecha: 24 de julio de 2009
Experiencia: 4

RESUMEN

En la práctica de laboratorio, se midió la conductividad térmica del cobre y del aluminio, mediante la apreciación del cambio de temperatura en uno de los extremos de las varillas metálicas y el de una cantidad de aguafría contenida en un calorímetro, en función del tiempo. Así mismo, se registró la curva característica de corriente-voltaje de cada metal empleado; posteriormente, mediante análisis gráfico, se hallaron las respectivas conductividades térmicas y eléctricas.

1.
2. Introducción

Los metales forman cristales en los que cada átomo se ha ionizado para formar un catión y el número deelectrones correspondiente. Los cationes forman una red cristalina que se mantiene unida por un “mar de electrones”, conocido como mar de Fermi. La movilidad de estos electrones explica la conductividad eléctrica al aplicar una diferencia de potencial en el material. La conductividad térmica también puede explicarse gracias a esa movilidad de los electrones, que transfieren fácilmente energía cinéticapor todo el sólido.

La conductividad térmica es la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus partículas a sus propias partículas o a las de otras sustancias con las que está en contacto. A nivel microscópico, la conducción térmica se debe a la interacción entre los átomos o moléculas que intercambian energía cinética sin producir movimientos globales de materia. Elcoeficiente de conductividad térmica (), caracteriza la cantidad de energía calórica requerida al atravesar, durante la unidad de tiempo, un metro de material homogéneo, para obtener una diferencia de 1 ºC de temperatura entre las dos caras de dicho material. Dicho coeficiente brinda una medida de la capacidad de un material para conducir energía calórica.

Los metales son buenos conductoreseléctricos. La conductividad eléctrica es la capacidad de un material de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. Ésta es una propiedad característica de cada sustancia y representa la facilidad de la movilidad de los electrones a través de dicho material. Debe tenerse presente que la conductividad eléctrica es una propiedad que varía con la temperatura. Los materiales que son buenosconductores de electricidad, poseen sus bandas de valencia y conducción superpuestas, formándose una nube de electrones libres que origina la corriente eléctrica, cuando el material es sometido a un campo eléctrico.

3. Detalles Experimentales

a) Determinación de la Capacidad Calórica del Calorímetro

Se pesó el calorímetro a temperatura ambiente (25,0 ºC, 298,0 K) y se le agregó unacantidad conocida de agua caliente a una temperatura inferior de 50,0 ºC. Se agitó cuidadosamente hasta conseguir el equilibrio termodinámico y se midió la temperatura de la mezcla. Se pesó el calorímetro lleno. Este procedimiento se realizó tres veces con el fin de calcular la capacidad calórica del calorímetro. Posteriormente, se colocaron 212,5 g de agua a una temperatura de 0,9 ºC en elcalorímetro y se midió la variación de la temperatura del agua durante un periodo de 426 segundos. Esta medición se realizó con el fin de determinar el coeficiente de intercambio de calor entre el sistema (calorímetro-agua fría) y el medio ambiente.

b) Determinación de la Conductividad Térmica

Se realizó el montaje experimental mostrado en la Figura 1. Se pesó vacío el calorímetro inferior.Usando el calentador de inmersión se calentó el agua del calorímetro superior hasta una temperatura menor de 90,0 ºC, la cual permaneció constante. Se mantuvo el agua del calorímetro inferior a una temperatura menor de 7,0 ºC mediante el empleo de hielo. Cuando la diferencia de temperatura entre el agua con hielo y el agua caliente fue constante, se retiró el hielo del calorímetro...
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