licenciatura

Una manera simple de determinar la conductividad térmica de los
materiales
Agustín Ostachuk, Leonardo Di Paolo y Ulises Orlando – Termodinámica, Física I – Universidad Nacional de General
San Martín – Julio 2000 - e-mail: aostachuk@hotmail.com

OBJETIVO:
Mediante el uso de un dispositivo experimental adecuado, medir la conductividad térmica de
materiales utilizados para la construcción.INTRODUCCION:
El calor puede ser transferido de un punto a otro mediante tres procesos distintos: conducción,
convección y radiación. De lo que aquí se trata es medir la cantidad de calor transferida por
conducción.
En la conducción el calor se transmite a través de un medio material (en este caso a través del
material en estudio) y no hay transporte de materia. La velocidad a la que setransfiere el calor a
través del material (dQ/dt) se representa por la letra H, y se denomina flujo de calor.
Empíricamente se halló que el flujo de calor es proporcional al área transversal a la dirección del
flujo (A), a la diferencia de temperatura a ambos lados del material (∆T), e inversamente
proporcional a la distancia recorrida desde el lugar a mayor temperatura (∆x). Es decir que:
H α A ∆T∆x
Para lograr la igualdad de la expresión anterior se agregó una constante k, que es la llamada
conductividad térmica:
H = dQ = k A ∆T
∆x
dt
La conductividad térmica expresa la capacidad de un material dado en conducir el calor, y es
propia e inherente de cada material.
Para obtener el valor de la conductividad térmica lo único que nos falta es hallar una expresión
que nos permitadeterminar el calor transferido. Como la experiencia se basa en fundir un bloque de
hielo dispuesto sobre el material a estudiar (ver “Desarrollo Experimental”), entonces vamos a
medir ∆Q sabiendo que se necesitan 80 calorías para fundir 1 gramo de hielo. Esto se expresa de la
siguiente manera:

∆Q = m Lf
donde m es la masa de hielo fundido y Lf es el calor de fusión, que es el calor necesariopara fundir
1 gramo del material (en este caso 80 cal/g).
Entonces ya tenemos la fórmula para calcular la conductividad térmica de cualquier material:
K = m Lf ∆x = R Lf h
∆t A ∆T A ∆T

(R = m/∆t; h = ∆x)

donde ∆t es el tiempo que tarda en fundirse la masa m de hielo, h es el ancho del material, A es el
área efectiva a través de la cual se da la transferencia de calor, y ∆T es ladiferencia de temperatura
a ambos lados del material.

DESARROLLO EXPERIMENTAL:
El equipo utilizado (“Thermal Conductivity Apparatus” de la firma Pasco, www.pasco.com)
consta de los siguientes elementos: una base, una cámara de vapor, un generador de vapor, un
molde de hielo y una serie de placas de distinto material para estudiar su conductividad térmica.
La cámara de vapor se coloca sobre labase y se conecta al generador de vapor. Sobre ella se
sujeta con unas agarraderas dispuestas por encima de la cámara. La cámara tiene una abertura en la
parte superior donde se coloca el material, para que la diferencia de temperatura se dé directamente
a través del material. Por último, se coloca el molde de hielo destapado con la boca hacia abajo
sobre el material.
Al encender el generador devapor, el vapor circulará a través de la cámara. Se generará entonces
una diferencia de temperatura de 100ºC a través del material. El calor fluirá desde la región de
temperatura mayor (la cámara de vapor) a la región de temperatura menor (el bloque de hielo)
atravesando el material. El calor (energía térmica) transferido al hielo será utilizado para fundirlo.
Entonces una buena forma dedeterminar el calor transferido es recolectar la masa de hielo fundido.
Una vez armado todo el dispositivo experimental, se puede comenzar la experiencia. Para ello se
debe primero medir el diámetro del bloque de hielo (con el cual se determinará el área efectiva de
intercambio de calor A) y el ancho del material en estudio (h). El experimento consiste
simplemente en hallar el tiempo ∆t en el...