Fenomenos de transporte

RESUMEN:
La conductividad de los materiales se comenzó a estudiar desde tiempos muy antiguos debido al interés de saber qué es lo que pasaba en un material cuando se calentaba así su estudio se fue desarrollando hasta formas modelos matemáticos para poder cuantificar la cantidad de calor que fluye por un material. Se estudió la conductividad térmica de una barra de metal, a través de medicionesgeométricas y del gradiente de temperatura en un medio adiabático se halló la constante de conductividad térmica k de la barra. También se estudió la conductividad de la barra bajo condiciones diatérmicas. Aparte se estudió la constante temporal de calentamiento en ambas condiciones. Se halló que en distintas condiciones experimentales la constante k variaba, siendo en promedio 550 W/m°C y quelo mismo ocurría con la constante temporal la cual fue calculada en promedio en 0.30 °C/seg.
INTRODUCCIÓN:
La transferencia del calor en un material se da por conducción, la mayor parte de los metales transfieren muy eficientemente debido a que poseen electrones libres capaces de llevar la energía desde las zonas más calientes a las más frías del metal. Por otro lado solo hay transferencia decalor entre zonas que están a distintas temperaturas y la dirección del flujo de calor es siempre de temperaturas altas a temperaturas más bajas.

Si se transfiere una cantidad de calor Q por la varilla en un tiempo t, llamamos flujo de calor H a la razón Q/t. El flujo de calor también se conoce como corriente térmica es decir

H=dQ/dt (1)

Experimentalmente se sabe que el flujo es proporcional a lasección de transferencia A de la varilla y a la diferencia de temperatura (tctf), e inversamente proporcional al largo de la barra L. Introduciendo una constante de conductividad térmica k del material tenemos:

H=kA(tc−tf )/ L (2)

La cantidad (tctf)/ L es la diferencia de temperatura por unidad de longitud, llamada gradiente de temperatura. El valor de k depende del material, un k alto significaque el material es un buen conductor del calor.
Si la temperatura varía de manera no uniforme a lo largo de la varilla, introduciendo la coordenada x a lo largo, podemos generalizar el gradiente de temperatura como dt/dx, esto es:

H=−kAdt /dx (3)

Donde el signo negativo indica que el calor siempre fluye en la dirección de temperatura decreciente. Conociendo el flujo, el área y el gradientepodemos hallar k, es importante decir que este coeficiente varía con las condiciones del material (humedad que contiene, temperatura a la que se hace la medición), por lo que se fijan condiciones para hacerlo, generalmente para material seco y 15ºC (temperatura media de trabajo de los materiales de construcción) y en otras ocasiones, 300 K (26,84 ºC). [1]
INDICE:
Contenido
RESUMEN: 2
INTRODUCCIÓN:2
INDICE: 3
ORIGEN DE LA CONDUCCIÓN ELÉCTRICA: ESTRUCTURA ELECTRÓNICA 4
CONDUCTIVIDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES: 5
MÉTODO EXPERIMENTAL: 6
COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: 7
LEY DE FOURIER 8
CONCLUSIONES: 9
BIBLIOGRAFÍA: 10

ORIGEN DE LA CONDUCCIÓN ELÉCTRICA: ESTRUCTURA ELECTRÓNICA
En los primeros esfuerzos por explicar la estructura electrónica de los metales, los científicosesgrimieron las propiedades de la buena conductividad térmica y eléctrica para apoyar la teoría de que los metales se componen de átomos ionizados, cuyos electrones libres forman un "mar" homogéneo de carga negativa. La atracción electrostática entre los iones positivos del metal y los electrones libres, se consideró la responsable del enlace entre los átomos del metal. Así, se pensaba que el libremovimiento de los electrones era la causa de su alta conductividad eléctrica y térmica. La principal objeción a esta teoría es que en tal caso los metales debían tener un calor específico superior al que realmente tienen.

En 1928, el físico alemán Arnold Sommerfeld sugirió que los electrones en los metales se encuentran en una disposición cuántica en la que los niveles de baja energía disponibles...