transferencia de calor.

Transferencia De Calor

UNIDAD I: CONDUCCIÓN EN ESTADO ESTABLE

1.1 MECANISMO FÍSICO DE LA CONDUCCIÓN
La experiencia ha demostrado que cuando existe un gradiente de temperatura en
un cuerpo, hay una transferencia de energía de la región de alta temperatura a la
de baja temperatura. Decimos que la energía es transferida por conducción y que
la rapidez de transferencia de energía por unidadde área es proporcional al
gradiente normal de temperatura:

1.2 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
Se pueden realizar mediciones experimentales para determinar la conductividad
térmica de diferentes materiales. Para gases a temperaturas moderadamente
bajas, se pueden usar tratamientos analíticos en la teoría cinética de los gases
para predecir de manera exacta los valores observados experimentalmente.En algunos casos, hay teorías útiles para la predicción de la conductividad térmica
en sólidos y líquidos, pero en general, todavía hay muchas preguntas abiertas y
conceptos que necesitan ser clasificados.
El mecanismo de la conductividad térmica en un gas es simple. Identificamos la
energía cinética de una molécula con su temperatura; así, en una región de alta
temperatura, las moléculastienen velocidades más altas que en una región de
temperatura baja. Las moléculas se encuentran en continuo movimiento aleatorio,
chocando unas contra otras e intercambiando energía y momento.
Las moléculas tienen este movimiento aleatorio exista o no un gradiente de
temperatura en el gas: Si una molécula se mueve de una región de alta
temperatura a una de baja temperatura, transporta energíacinética a la parte del
sistema de baja temperatura y transfiere esta energía a través de colisiones con
moléculas de temperatura más baja.
Observamos que la conductividad térmica tiene las unidades de watts por metro
por grado Celsius cuando el flujo de calor está expresado en watts. Obsérvese
que se incluye una rapidez de calor, y que el valor numérico de la conductividad
térmica indicaqué tan rápido fluirá en un material dado. ¿Cómo se toma en
J.P. Holman, “Transferencia De Calor”, México D.F.:
Décima Reimpresión, 1999, Continental, S.A. De C.V.
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consideración la rapidez de transferencia de energía en el modelo molecular que
acabamos de discutir? Es claro que cuanto más rápido se muevan las moléculas,
más rápidamente transportarán energía. Porconsiguiente, la conductividad
térmica de un gas deberá depender de la temperatura. Un tratamiento analítico
simplificado muestra que la conductividad térmica de un gas varía con la raíz
cuadrada de la temperatura absoluta.
La energía térmica puede ser conducida en los sólidos de dos modos: vibración de
red y transporte por medio de electrones libres. En los buenos conductores
eléctricos ungran número de electrones libres se mueven en la estructura de la
red del material.
De la misma manera que estos electrones pueden transportar carga eléctrica,
también pueden llevar energía térmica de una región de alta temperatura a una de
baja temperatura, como ocurre en los gases. De hecho, con frecuencia nos
referimos a estos electrones como gas de electrones. La energía también se
puedetransmitir como energía vibracional en la estructura de red del material. No
obstante, en general, este último modo de transferencia de energía no es tan
grande como el transporte por electrones y por esta razón los buenos conductores
eléctricos son casi siempre buenos conductores de calor, a saber cobre, aluminio
y plata, y los aislantes eléctricos son casi siempre buenos aislantes del calor.J.P. Holman, “Transferencia De Calor”, México D.F.:
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Conductividad térmica de diversos materiales en 0 °C

J.P. Holman, “Transferencia De Calor”, México D.F.:
Décima Reimpresión, 1999, Continental, S.A. De C.V.
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1.3 ECUACIÓN DE CONDUCCIÓN DE CALOR.

Cuando se inserta la...