1. LABORATORIO INTEGRAL 1
Practica 8: Determinación del
coeficiente de conductividad
térmica
Alumna: Delly Baltazar Armenta
11 diciembre 2014
2. INTRODUCCION
Como muchos de nosotros sabemos, los metales son los mejores materiales
resistentes al calor y los mejores conductores de la energía eléctrica.
En esta práctica tendremos como principal objetivo calcular el coeficiente de
conductividad de cierto metal, esto será de nuestra elección.
Para ello deberemos principalmente pensar cómo podremos realizar la práctica y
una vez tenida la idea, realizar el experimento.
OBJETIVO
Determinar el coeficiente de conductividad térmica (k) del bronce.
MARCO TEORICO
La conductividad térmica se refiere a la cantidad/velocidad de calor transmitida a
través de un material. La transferencia de calor se produce en mayor proporción en
los materiales con alta conductividad térmica con respecto a aquellos con baja
conductividad térmica. Los materiales con alta conductividad térmica se usan mucho
en aplicaciones de disipación térmica y los materiales con baja conductividad
térmica se usan como aislante térmico. La conductividad térmica de los materiales
depende de la temperatura. El contrario de la conductividad térmica se denomina
resistividad térmica. Los metales con una alta conductividad térmica, por ejemplo el
cobre, tienen una alta conductividad eléctrica. El calor generado en los materiales
con alta conductividad térmica es alejado rápidamente de la región de la soldadura.
En el caso de los materiales metálicos, la conductividad térmica y la eléctrica se
3. correlacionan de forma positiva, es decir, los materiales con una alta conductividad
eléctrica (baja resistencia eléctrica) tienen alta conductividad térmica.
Ley de Fourier
Sea J la densidad de corriente de energía (energía por unidad de área y por unidad
de tiempo), que se establece en la barra debido a la diferencia de temperaturas
entre dos puntos de la misma. La ley de Fourier afirma que hay una proporcionalidad
entre el flujo de energía J y el gradiente de temperatura.
J=K*(∂T/∂x)
Siendo K una constante característica del material denominada conductividad
térmica.
Consideremos un elemento de la barra de longitud dx y sección S. La energía que
entra en el elemento de volumen en la unidad de tiempo es JS, y la que sale es J’S.
La energía del elemento cambia, en la unidad de tiempo, en una cantidad igual a la
diferencia entre el flujo entrante y el flujo saliente.
JS−J'S=−∂J/∂x*S dx
4. Esta energía, se emplea en cambiar la temperatura del elemento. La cantidad de
energía absorbida o cedida (en la unidad de tiempo) por el elemento es igual al
producto de la masa de dicho elemento por el calor específico y por la variación de
temperatura.
(ρ Sdx)*c*∂T/∂t
Igualando ambas expresiones, y teniendo en cuenta la ley de Fourier, se obtiene la
ecuación diferencial que describe la conducción térmica
∂T/∂t=α*(∂2T/∂x2) α=K/ρ c
MATERIAL Y EQUIPO
Caja de laboratorio
2 soporte universal
4 pinzas para soporte
1 termómetro
1 vaso de precipitado
1 cronometro
1 termómetro infrarrojo
1 probeta
5. PROCEDIMIENTO
Montamos el equipo necesario para llevar a cabo la práctica: Los 2 soportes
universales con las 4 pinzas para soporte.
Un soporte deteniendo la secadora, y en el otro soporte colocamos un vaso
de precipitado con 25 ml de agua, y así calentamos el agua contenida en el
vaso.
De esta manera calcularemos Q: la velocidad de transferencia de calor o flujo
de calor.
Después de esto, colocamos el cilindro de bronce con aislante en el soporte
universal y encendemos la secadora, tomamos el tiempo hasta 5 minutos y
después a 10 minutos.
Se toma la temperatura de las dos caras del cilindro, tanto la que estuvo
sometida al aire caliente de la secadora, como la que estuvo al ambiente.
Realizamos dos intentos, ya que la k obtenida al primer intento no coincide
con el valor de k del bronce investigado.
6. ANALISIS Y RESULTADOS
INTENTO 1
Agua Bronce
Cantidad de agua= 25 ml= 0.025 kg Área del cilindro = 4.9x10-4
Tiempo de someterlo a calor = 5 min Tiempo de someterlo a calor = 5 min
Temperatura inicial = 22 °C Temperatura arriba = 29.4 °C
Temperatura final = 42 °C Temperatura abajo = 35.8 °C
7. Ahora calculando Q y K
푄 = 푚 퐶푝 Δ푇
푄 = (0.025 푘푔) (4.18
퐾퐽
푘푔
°퐶 ) (42°퐶 − 22°퐶 )
푄 = 2.09 퐾퐽 = 2090 퐽
푞 =
푄
푠
=
2090 퐽
300 푠
= 6.96 푤푎푡푡푠
푘 =
푞
퐴
퐿
푇2 − 푇1
푘 =
6.96 푤푎푡푡푠
4.90 푥 10−4푚2
0.098 푚
35.8°퐶 − 29.4°퐶
푘 = 217.5
푤푎푡푡푠
푚°푐
INTENTO 2
Agua Bronce
Cantidad de agua= 0.025 kg Área del cilindro = 4.9x10-4
Tiempo de someterlo a calor = 5 min Tiempo de someterlo a calor = 5 min
Temperatura inicial= 22°C Temperatura arriba = 27°C
Temperatura final = 30 °C Temperatura abajo = 31 °C
8. Ahora calculamos Q y k
푄 = 푚 퐶푝 Δ푇
푄 = (0.025 푘푔) (4.18
퐾퐽
푘푔
°퐶 ) (30°퐶 − 22°퐶 )
푄 = 0.836퐾퐽 = 836 퐽
푞 =
푄
푠
=
836 퐽
300 푠
= 2.78 푤푎푡푡푠
푘 =
푞
퐴
퐿
푇2 − 푇1
푘 =
2.78 푤푎푡푡푠
4.90 푥 10−4푚2
0.098 푚
31°퐶 − 27°퐶
푘 = 139
푤푎푡푡푠
푚° 푐
K del bronce teórico = Rango (116 -186)
CONCLUSION
Después de realizar la práctica, y hacer dos intentos pudimos obtener
experimentalmente el coeficiente de conductividad térmica (k) y estaba dentro del
rango que investigamos, así nos dimos cuenta que es un muy buen metal para
conducir el calor.
