El documento presenta los resultados de un experimento para medir el perfil de temperaturas a lo largo de una varilla de acero calentada en uno de sus extremos. Se midió la temperatura en puntos cada vez más alejados de la fuente de calor, observándose una caída exponencial de la temperatura con la distancia. El análisis indica que este comportamiento exponencial se debe a que el área de contacto con el ambiente, y por lo tanto la convección, aumenta exponencialmente al alejarse de la fuente de calor.

1. Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Mexicali
Laboratorio Integral 1
Ingeniería Química
Alumnos:
Arteaga Valenzuela Kenya
García Badillo Kurt Michael Henry
Inzunza Sánchez Azarael de Jesús
Miguel Rosas Dania Janet
Rivera Solorio Jovany Sarahy
Profesor: Norman Edilberto Rivera Pazos
Tema: Perfil de Temperaturas
Mexicali, Baja California a 4 de diciembre del 2017

2. - Índice
- Marco teórico............................................................................................................ 3
- Materiales, equipos y sustancias.............................................................................. 4
- Procedimiento........................................................................................................... 5
- Resultados................................................................................................................ 5
- Análisis ..................................................................................................................... 7
- Conclusiones ............................................................................................................ 7

3. - Marco teórico
La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los
átomos y moléculas individuales de una sustancia. Cuando se agrega calor
a una sustancia, sus átomos se mueven más rápido y su temperatura se
eleva. Cuando dos cuerpos que tienen diferentes temperaturas se ponen en
contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de
mayor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar por tres
mecanismos físicos: conducción, convección y radiación. La conducción es
el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la
materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras,
donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos
energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más
altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El
aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el
aire o plásticos se llaman aislantes. La conducción de calor sólo ocurre si
hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para
un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal A y cuyas caras
opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1, se encuentra que
el calor ∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío. Si
se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez
de transferencia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción
de calor de Fourier.

4. Donde k (en W/mK) se llama conductividad térmica del material, magnitud
que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor y
produce la consiguiente variación de temperatura; y dT/dx es el gradiente
de temperatura. El signo menos indica que la conducción de calor es en la
dirección decreciente de la temperatura. Los altos valores de conductividad
de los metales indican que son los mejores conductores del calor.
- Materiales, equipos y sustancias.
Materiales: Reactivos:
 3 soportes universales
 2 anillos metálicos
 2 redes de asbesto
 1 pinza de nuez
 1 par de guantes de asbesto
 1 termómetro infrarrojo
 1 mechero Bunsen con
manguera
 1 varilla de acero de 60 cm
 Ninguno

5. - Procedimiento
1. Procedemos a montar el equipo como se muestra en la imagen.
2. Encendemos el mechero y nos aseguramos que la llama apenas toque
uno de los extremos de la varilla.
3. Esperamos a que la temperatura a lo largo de la varilla deje de variar
(su equilibrio termodinámico).
4. Realizamos mediciones de temperatura a distancias fijas hasta que
ΔT por cada medición de menos de un grado centígrado. Entonces
hacemos mediciones más alejadas una de otra.
5. Anotamos las mediciones a la correspondiente distancia.

6. - Resultados
Distancia de la
llama (cm)
Temperatura
(°C)
0 360
0.7 319
1.4 264
2.1 234
2.8 218
3.5 204
4.2 192
4.9 178
5.6 149
6.3 135
7 124
7.7 114
8.4 108
9.1 96
9.8 88
10.5 79
11.2 73
11.9 67
12.6 62
13.3 58
14 54
14.7 50
15.4 48
Distancia de la
llama (cm)
Temperatura
(°C)
16.1 47
16.8 46.6
17.5 45.6
18.2 44
18.9 41
19.6 40
20.3 38
21 37
21.7 36.8
22.4 35.8
23.1 35.2
23.8 34
24.5 33.2
25.2 31.3
25.9 30.6
26.6 30.4
27.3 29.4
28 29.2
28.7 28.8
29.4 27.6
30.1 26.8
35 26.2
40 26
45 24.8
50 24.6

7. - Análisis
Al momento de graficar los puntos obtenidos mediante las mediciones de la
varilla, pronto fue evidente que la caída de temperatura con respecto a la
distancia de la fuente emisora de calor era exponencial. Realmente el único
problema fue que al alejarse de la fuente, la caída de temperatura era menos
y menos hasta que por fin resulto ser casi tan insignificante que hubo que
empezar a tomar medidas más apartadas una de las otras para que el
cambio siguiera siendo notable y llegar a la temperatura basal de la varilla.
- Conclusiones
A dos de tres equipos, la caída de temperatura les dio de forma lineal. Esto
podría ser por que no tomaron suficientes medidas o porque fuimos el único
equipo que posiciono la varilla de forma horizontal para asegurar que el calor
ingresara a la varilla solo por contacto directo y no por convección. Esto
obviamente nos dio el resultado correcto considerando que es de esperar a
mientras te alejas de la fuente de calor, el área de contacto con el ambiente
aumenta exponencialmente lo que lleva a que su temperatura caiga
exponencialmente también debido a la convección en la interfase.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 10 20 30 40 50 60
AXISTITLE
AXIS TITLE
TEMPERATURA (°C)