Práctica 2

Transferencia de Energía térmica

Objetivo: A partir de mediciones de temperatura explicar el concepto de sistema estacionario, describir y analizar el flujo de calor en el elemento.

Aprendizajes esperados: Que la/el alumna/o:

1. Analice el proceso de transferencia de calor en barras  metálicas de acuerdo a sus dimensiones y propiedades térmicas.

2. Determine el coeficiente de transferencia térmica a partir de sus resultados anteriores.

3. Conozca otros aparatos y sus principios físicos, para medir las propiedades termodinámicas.

4. Determine las incertidumbres de sus resultados y compare éstos con valores conocidos.

 Figura 1. Material y preparación para el experimento.

Introducción

Si dejamos una cuchara metálica en la lumbre esta se calienta hasta el rojo vivo en el extremo que está en la lumbre, mientras que en el extremo contrario se calienta menos. Esto se debe a que los átomos del extremo que está en contacto con la lumbre se comienzan a vibrar y por consiguiente chocan con los que están cerca de ellos así transmitiendo energía.

La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

Material

Figura 2. Mediciones de temperatura en la barra.

1 Calentador eléctrico

2 Varillas pueden ser de los siguientes materiales (cobre, aluminio, hierro o cristal).

1 Termómetro de mercurio

1 Termopar

1 Base elevadora

1 Balanza granataria

1 Balanza Digital

1 Flexómetro

1 Marcador indeleble

Plastilina

Desarrollo

·         Se arma el equipo como se muestra en la figura 1.

·     Se coloca una barra de cobre, aluminio o hierro sobre una placa calefactora y del otro lado una base elevadora.

·         Se pesan 12 bolitas de plastilina, procurando que todas ellas tengan la misma masa.

·         Se colocan las bolitas de plastilina en distancias iguales de un extremo a otro como se muestra en la figura 1.

·         Se coloca un termómetro de mercurio y un termopar a partir de la segunda bolita de plastilina.

·         Se mide el tiempo desde que se enciende la placa calefactora hasta que se cae la primera bolita de plastilina, luego la segunda y así sucesivamente. Al mismo tiempo se apunta la medición de la temperatura de la barra con el termómetro y el termopar cuando van cayendo las bolitas de plastilina desde la segunda bolita hasta la última.

·         Al caer la última medir la temperatura en puntos a cada 5cm de la barra, incluyendo los extremos de la barra y describir en una gráfica la distribución de la temperatura en la barra.

·         Repetir con otra barra de otro material.

Resultados

1.       Encontrar el coeficiente de transferencia térmica de cada material de las barras que hayas utilizado.

2.       Calcular los errores e incertidumbre de cada medición que hayas realizado.

3.       Realizar las gráficas de Tiempo Vs Temperatura. 

4.       Haz ajustes lineales o polinomiales y presenta las correlaciones gráficamente.

5.       Analizar y justificar los resultados obtenidos con tus mediciones y cálculos.