Conductividad Térmica

Conductividad térmica
Profesor Wilfrido Ferreira. Grupo ED1 – Mesa. 19-08-2011
Laboratorio de Física Calor y Ondas, Corporación Universitaria de la Costa, Barranquilla.

1. Introducción
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 detransferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto. En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(K·m). También se lo expresa en J/(s·°C·m)
La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al pasodel calor. Para un material isótropo la conductividad térmica es un escalar k definido como:

dónde:
* , es el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área).

es el gradiente de temperatura.

Introduction
The thermal conductivity is a physical property of materials that measures the ability of heat conduction . In other words, the thermal conductivity is also the ability of asubstance to transfer the kinetic energy of its molecules to other adjacent molecules or substances with which it is connected. In the International System of Units thermal conductivity is measured in W / ( K · m ). It is also expressed in J / ( s · ° C · m )
Thermal conductivity is an intensive quantity. Its magnitude is the inverse thermal resistivity , which is the ability of materials to opposethe passage of heat. For an isotropic material the thermal conductivity is a scalar k defined as:

Where:
Is the heat flux (per unit time per unit area).
Is the gradient of temperature.

2. Objetivos
-Determina el coeficiente conductividad térmica de diferentes materiales (metales)

3. Fundamentos Teóricos
La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entredos sistemas basado en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto por medio de ondas.
La conducción del calor es muy reducida en el espacio vacío y es nula en el espacio vacío ideal, espacio sin energía.
El principal parámetro dependiente del material que regula la conducción decalor en los materiales es la conductividad térmica, una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una substancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales paraoponerse al paso del calor.
Fórmulas y leyes
El flujo de calor conducido a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).
Campo de temperatura: T = T(x;y;z;t)
t: tiempo
Campo estacionario: T = T(x;y;z)
Gradiente térmico: ÑT = ∂T.i /∂x + ∂T.j /∂y + ∂T.k /∂z = ∂T/∂A | n /m.a
i,j, k, n: versoresLa variación de temperatura por unidad de longitud se denomina gradiente de temperatura: ΔT/L.
Intensidad de flujo de calor: Φ = ΔQ/ΔA.Δt [J/m ².s] =[watt/m ²] [cal/cm ².h]
Flujo: H = ΔQ/Δt [J/s] =[watt] [cal/h]
Flujo lineal: H = k.A.ΔT/L [J/s] =[watt] [cal/h]
Flujo radial: H = 2.π.k.L.ΔT/ln (r2/r1) [J/s] =[watt] [cal/h]
Flujo esférico: H = 4.π.k.r1.r2.ΔT/(r2- r1) [J/s] =[watt] [cal/h]
H:flujo de calor [J/s].
k: conductividad térmica del material [J/s.m.°C].
A: sección de conducción.
L: longitud desde el punto de más calor al de menos calor.
a) Régimen estacionario: Φ = - λ .ÑT
b) Régimen estacionario y flujo en una sola dirección: ΔQ = - λ .ΔA.ΔT.Δt.Δl
c) Régimen no estacionario: Ñ ²T = ∂T ²/∂x ² + ∂T ²/∂y2 + ∂T2/∂z2 = ∂T/ α .∂t
α = λ /ce.Δ
Procedimiento general: i - se...