Conductividad Termica 6he2r

MATERIALES INGENIERÍA INDUSTRIAL FUP LABORATORIO CONDUCTIVIDAD TERMICA INGENIERA: SANDRA BURBANO ALUMNOS: DIANA MARCELA QUINTERO [email protected] MARLEN ORDOÑEZ MEDINA marlenordonezotmail.com

INGENIERIA INDUSTRIAL, FUNDACION UNIVERSITARIA DE POPAYAN

RESUMEN: Se conoce como conductividad térmica a la cantidad de calor que se transmite a través de la unidad de espesor de un material; es decir la propiedad física de cualquier material que mide la capacidad de conducir calor a través del mismo.

II MARCO TEORICO: Después de haber identificado la finalidad del laboratorio; se debe familiarizar con algunos conceptos: II.A CONDUCTIVIDAD TERMICA:

En el siguiente laboratorio; se busca identificar la cantidad de tiempo que se demora el hierro, aluminio y el cobre en trasladar el calor de un extremo a otro y así conocer cuál de los 3 materiales es mejor conductor térmico.

Conocida como la propiedad física de algunos materiales para conducir calor a través de mismo; es la capacidad elevada en los metales y en general en cuerpos continuos, y es más baja en los gases, siendo muy baja en algunos materiales especiales tales como la fibra de vidrio, denominados por ello, aislantes térmicos es necesario para este proceso una sustancia , debido a esto es nula al vacio.

PALABRAS CLAVE: conducción, calor, propiedad física, conductor. Abstract: Thermal conductivity is known as the amount of heat transmitted through the unit thickness of a material that is the physical property of any material which measures the ability to conduct heat there through.

Se presenta en todos los estados de la materia con predominancia en los sólidos; en mayor o menor medida, todos los materiales oponen resistencia al paso del calor a través de ellos.

In the following laboratory is to identify the amount of time it takes the iron, aluminum, copper transfer heat from one end to another and thus determine which of the three materials better thermal conductor is.

La magnitud inversa de la conductividad térmica es la resistencia térmica (capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor). El coeficiente de conductividad térmica (λ) caracteriza la cantidad de calor necesario por m 2, para que atravesando durante la unidad de tiempo, 1m de material homogéneo obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura entre las dos caras. Este es un mecanismo molecular de transferencia de calor que se genera por la excitación de las moléculas.

KEYWORDS: conduction, heat, physical property, conductor I INTRODUCCIÓN: El laboratorio se realizó, con el fin de tener un conocimiento más amplio acerca de la conductividad térmica de los materiales hierro , aluminio y cobre .

Los metales son los que tienen menor resistencia, por ello se dice que tienen buena conductividad térmica.

Cuando se habla del estado térmico de los cuerpos es el producido por el flujo de calor intercambiado con el medio externo, también puede ser influenciado por fuentes internas de calor; estos efectos combinados pueden someter al cuerpo a un estado “estable” o “inestable de flujo de calor”, que nos indica que el cuerpo se encuentra en un estado de energía interna constante o variable, en este último caso el cuerpo estará calentándose o enfriándose.

Los materiales de construcción (yesos, ladrillos, morteros) tienen una resistencia media. Los materiales que ofrecen una alta resistencia térmica se llaman aislantes térmicos específicos o sencillamente, aislantes térmicos. De tal modo que el comportamiento de los cerramientos y en general de los componentes de la construcción, tienen un papel doble desde el punto de vista térmico; por un lado, uno

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MATERIALES INGENIERÍA INDUSTRIAL FUP puramente de resistencia y otro, al que se le da mucha menor importancia, que es el capacitivo o inercial.

Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde mediados del siglo XX el metal que más se utiliza después del acero.

El resistivo depende directamente del espesor e inversamente del coeficiente de conductividad térmica, y el capacitivo es directamente proporcional al calor específico, al espesor y a la densidad.

Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su extendida vida útil y la estabilidad de su precio.

Por lo tanto, los muros de gran espesor, construidos antiguamente, consiguen resistencias y capacidades elevadas. IIB HIERRO:

La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que resulta estratégico en situaciones de conflicto. Hoy en día, tan sólo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso más popular, sin embargo, es como papel aluminio, que consiste en láminas de material con un espesor tan pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalaje alimentario. También se usa en la fabricación de latas y tetrabriks.

El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latín fĕrrum) y tiene una masa atómica de 55,6 u. Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro. En cosmología, es un metal muy especial, pues es el metal más pesado que puede producir la fusión en el núcleo de estrellas masivas; los elementos más pesados que el hierro solo pueden ser creados en supernovas.

Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir en costo y prestaciones con el cobre tradicional. Dado que, a igual longitud y masa, el conductor de aluminio tiene más conductividad, resulta un componente útil para utilidades donde el exceso de peso es importante. Es el caso de la aeronáutica y de los tendidos eléctricos donde el menor peso implica en un caso menos gasto de combustible y mayor autonomía, y en el otro la posibilidad de separar las torres de alta tensión.

El hierro es el metal duro más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1% de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.

Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para la creación de estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos y calderería. También está presente en enseres domésticos tales como utensilios de cocina y herramientas. Se utiliza asimismo en la soldadura aluminotérmica y como combustible químico y explosivo por su alta reactividad. Como presenta un buen comportamiento a bajas temperaturas, se utiliza para fabricar contenedores criogénicos.

IIC ALUMINIO: Es un elemento químico, de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales. 1 En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.

El uso del aluminio también se realiza a través de compuestos que forma. La misma alúmina, el óxido de aluminio que se obtiene de la bauxita, se usa tanto en forma cristalina como amorfa. En el primer caso forma el corindón, una gema utilizada en joyería que puede adquirir coloración roja o azul, llamándose entonces rubí o zafiro, respectivamente. Ambas formas se pueden fabricar artificialmente. 8 y se utilizan como el medio activo para producir la inversión de población en los láser. Asimismo, la dureza del corindón permite su uso como abrasivo para pulir metales. Los medios arcillosos con los cuales se fabrican las cerámicas son ricos en aluminosilicatos. También los vidrios participan de estos compuestos. Su alta reactividad hace que los haluros, sulfatos, hidruros de aluminio y la forma hidróxida se utilicen en diversos procesos

Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería de materiales, tales como su baja densidad (2.700 kg/m3) y su alta resistencia a la corrosión.

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MATERIALES INGENIERÍA INDUSTRIAL FUP industriales tales como mordientes, catálisis, depuración de aguas, producción de papel o curtido de cueros. Otros compuestos del aluminio se utilizan en la fabricación de explosivos.

cobre refinado se estimó en 15,8 Mt en el 2006, con un déficit de 10,7% frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt TABLA DE CONDUCTIVIDAD ELECTRICA

IID COBRE El cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros), cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. Los pórfidos cupríferos constituyen la principal fuente de extracción de cobre en el mundo. El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.

PROCEDIMIENTO: 1-Se toman objetos de diferentes materiales con la misma medida. 2-Se enciende una vela y se coloca por un extremo del objeto y se toma y se registra el tiempo que demora en sentirse el calor al otro extremo, se repite el procedimiento para el resto de los objetos.

Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas.

3- se observa con una lupa las caracteristicas de los materiales MATERIALES UTILIZADOS: Barras de cobre, hierro y aluminio : LONGITUD DE MATERIALES: 12cm

El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana. El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson. El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el aluminio. La producción mundial de

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MATERIALES INGENIERÍA INDUSTRIAL FUP MATERIALES EN VELAS:

EFECTO

DEL

CALOR DE

LAS

misma temperatura. La mayoría de los metales son buenos conductores; sin embargo, aparte de la plata, el cobre es el mejor. Se utiliza en muchas aplicaciones de calefacción porque no se corroe y tiene un alto punto de fusión. El único material que tiene una resistencia a la corrosión similar es el acero inoxidable. Sin embargo, su conductividad térmica es 30 veces peor que la del cobre. Aplicaciones: El cobre permite que el calor pase a través de él rápidamente. Por eso se utiliza en muchas aplicaciones en las que la rápida transferencia de calor es importante. Por ejemplo: Tabla 2:

Conducción de calor: Dispositivos

Usos

Lámina de cobre Fondos de sartén Intercambiadores de calor en depósitos de agua

TABLA 1: Tiempo en que se demora cada uno de los materiales a transmitir el calor de un extremo a otro

Caliente ,sistemas de calefacción material

tiempo /sg

Cobre

54:59:00

Tuberías cobre

54:59:00 42:72:00

Disipadores de Ordenadores, unidades de disco, Televisores. calor El cobre está formado por un enrejado de iones con electrones libres. Los iones están vibrando y los electrones pueden moverse a través del cobre (como un gas). El extremo izquierdo de la pieza de cobre está más caliente. Los iones de cobre en el extremo caliente vibran más.

41:20:00 1:o5 :70 1:.o1:54 01:01:54 01:01:47

Observemos solo unos pocos electrones y veamos cómo conducen el calor de izquierda a derecha.

01:01:40 Hierro

de agua caliente, sistemas de calefacción por suelo radiante, campos de fútbol practicables todo el año y radiadores de coche.

41:15:00 Aluminio

de

03:19:43 03:19:39



03:17:38



03:19:45 03:16:42



CUAL ES EL MATERIAL QUE MEJOR CONDUCE EL CALOR?

Un electrón libre colisiona con un ión en el extremo caliente, y gana energía cinética (se acelera). Se mueve hacía el extremo frío. Colisiona con un "ión frío", haciendo que el "ión frío" vibre más y esto, a su vez, calienta el extremo frío.

De este modo, la energía es transferida a través del cobre, desde el extremo caliente al frio.

Según los resultados obtenidos; el material mas termotransmisor es el cobre y encontramos las siguientes caracteristicas: Es un buen conductor eléctrico, resistente a la corrosión, antibacteriano, fácil de unir, dúctil, no magnético, fácil de alear, reciclable, catalizador. El cobre es un buen conductor del calor. Esto significa que si calientas un extremo de una pieza de cobre, el otro extremo enseguida alcanzará la

SI LAS VARILLAS TUVIERAN EL DOBLE DE LONGITUD, CUANTO TIEMPO CREES QUE TARDARIA EN NOTARSE EL CALOR?

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MATERIALES INGENIERÍA INDUSTRIAL FUP La trasnferencia de calor se demora el doble de tiempo, teniendo en cuenta que el material es de mayor longitud. MATERIALES OBSERVADOS EN LUPA Se tornan de un color negro, con olor fuerte.

CONCLUSIONES: Con los resultados se comprueba que la transferencia de calor por conducción es un proceso mediante el cual fluye el calor desde una región de alta temperatura a una región de baja temperatura dentro de un medio o entre medios diferentes en o físico directo. Los valores de conductividad térmica dependen del material y de la temperatura. Un material será mejor conductor de calor mientras mayor sea la conductividad del mismo. Debido a que se comprobaron los valores de temperatura, se observa que existe un estado estacionario ya que en la misma no se observó variación con respecto al tiempo. Con los resultados de las gráficas obtenidos se comprobó que la transferencia de calor es mejor a menor longitud.

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