Conductividad termica

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Índice

Pág.

1. Objetivos……………………………………………………………….……....................4

2. Fundamentos teórico……..…….……………..............……….……………………...4

2.1 Equipo……………………….………………………………….……………...…4
2.2 Modelo físico simplificado.………………………….…….…..………….......5
2.3 Hipótesis…………………….………………………………………….………....6

3. Diseño de la practica ...……………………………..………………………………...10

3.1 Elección delsistema….……...……………………..…..………….…...........10
3.3 Equipo y materiales………………………………………………..………….11
3.4 Desarrollo de la practica…....……………………….……………..............11

6. Referencias………………………………………………………………………..…….17

7. Apéndices..………………………………………………………………………….….17

7.1 Apéndice A. Propiedades físicas y químicas del Cobre……….…………....17
7.2 Apéndice B. Propiedades físicas y químicas delAgua……….……………...17

1. Objetivos

* Comprender y aplicar un modelo quasi-estacionario para la transferencia de calor desde el interior de un recipiente a través de la pared.
* Determinar experimentalmente el coeficiente de conductividad térmica del material de la pared.
* Determinar experimentalmente los valores de los coeficientes de transferencia de calor interno y externo.
* Determinar las incertidumbresy los límites de confianza de los resultados.

2. Fundamentos teóricos

Conductividad térmica

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otrassubstancias con las que está en contacto.

Cuando se calienta la materia la energía cinética promedio de sus moléculas aumenta, incrementándose su movimiento. La conducción de calor que a nivel macroscópico puede modelarse mediante la ley de Fourier, a nivel molecular se debe a la interacción entre las moléculas que intercambian energía cinética sin producir movimientos globales de materia.Por tanto la conducción térmica difiere de la convección térmica en el hecho de que en la primera no existen movimientos macroscópicos de materia, que si ocurren en el segundo mecanismo. Todas las formas de materia condensada tienen la posibilidad de transferir calor mediante conducción térmica, mientras que la convección térmica en general sólo resulta posible en líquidos y gases. De hecho lossólidos transfieren calor básicamente por conducción térmica, mientras que para gradientes de temperatura importante los líquidos y los gases transfieren la mayor parte del calor por convección. 1

2.1 Equipo

El equipo principal es un recipiente cilíndrico de cobre con la tapa y el fondo perfectamente aislados, debido a lo cuál, el transporte de transferencia de calor en el cilindro se llevaraa cabo únicamente en la dirección radial (Fig.1).
El recipiente se llena con agua caliente, se tapa y se observa el cambio de las temperaturas registradas con los termopares conforme transcurre el tiempo. La rapidez de la evolución de este proceso está asociada a los coeficientes de transferencia de calor y a la conductividad térmica de la pared del recipiente.Figura 1. Representación física del dispositivo expeimental.

2.2 Modelo físico simplificado

La transferencia de calor se da de forma radial. Va del agua hacia la celda y al ambiente. Este arreglo se puede ver como una serie de resistencias. Los mecanismos físicos de transferencia de calor que se llevan a cabo en cilindro son la convección, dentro y fuera del recipiente, y la conducción enla pared del mismo.

2.3 Hipótesis

1. Suponemos que la conducción se da de forma radial.
2. Suponemos que en todo el transcurso del experimento las propiedades Cp, , , h y k serán constantes.
3. Despreciaremos la formación de radiación.
4. La transferencia de calor es uniforme a lo largo de toda la superficie del cilindro.

2.4 Modelo matemático...
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