Aplicaciones de las formas de calor: conducción

Aplicaciones de las formas de calor: conducción, convección.
OBJETIVO:
Reforzar y comprender los aprendizajes de la asignatura de Física 1 de la unidad 3
El alumno:

Identifica las formas del calor: conducción, convección y conocerá algunas
situaciones prácticas.

Utilizar sensores para medir temperatura por medio de un software.
ACTIVIDADES
Sugiero las siguientes actividades para reforzar el trabajo en clase del tema transferencia de
calor, para poder ayudar al alumno a identificar las diferentes formas que se transmiten el
calor

Primera actividad:
Por medio del uso de sensores de temperatura calcular la conductividad térmica de metales
como Cu, Bronce y Al.

Segunda actividad
Observar el fenómeno de convección de tinta en agua, ambas a diferentes temperaturas.

Tercera actividad:
Calcular la conductividad térmica y los coeficientes de transferencia de calor de un solido.
INTRODUCCIÓN
Seguramente has observado que en épocas de frío, recurres a diferentes materiales para
poder calentarte, como son: ropa, calefacción, bebidas calientes, etc. Además en
ocasiones en las que alguna bebida o alimento se encuentran calientes sueles soplar o
moverlos para poder bajarles la temperatura. También has observado que hoy en día
para poder controlar la temperatura en el interior de una casa o carro se ha diseñado un
sistema de clima artificial (Calefacción o aire acondicionado). Todas estas situaciones
tienen en común el hecho que son formas de transferencia de calor, las cuales son de
ayuda en situaciones del diario vivir. ¿Cuales son las variables que intervienen en cada
una las formas de transmisión de calor? , ¿Porque hay materiales que mantienen mas el
calor que otros?.. etc. Por medio de la siguiente secuencia responderás estas preguntas.
ACTIVIDAD 1.
MATERIAL.
1 barra de cobre, plomo y aluminio.
1 mechero bunsen.
1 soporte universal.
2 sensores para temperatura¨Temperature-Standard¨
1 Interfase
1 computadora.
2 Soportes para pinzas nuez
1 Vernier
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
1. Con la ayuda del vernier tomar el área de una de las caras y su longitud de las
láminas
2. Investigar la cantidad de calor que se genera con la flama del mechero.
3. Montar el equipo como se muestra la figura 1
Figura 1. Equipo para el cálculo de la conductividad térmica usando sensores de
temperatura.
4. Con la ayuda de tu profesor ajustar los parámetros en el software para poder
calcular las temperaturas de cada sensor.
5
Con los datos obtenidos completar la Tabla 1
Tabla 1
Metal:
Área:
Tiempo (min.)
T1(°C) sensor 1
Longitud:
T2(°C) sensor 2
T2-T1
5. Con la ayuda de la ecuación 1 calcular el la conductividad k para cada gradiente de
temperatura.
(T  T1 )
Q
 KA 2
t
l
Ec. 1
6. Graficar por medio de una hoja de calculo k vs. (T2-T1)
7. Para cada una de las láminas de metal realizar el mismo procedimiento citado
anteriormente.
8. Investigar en la bibliografía los valores teóricos de conductividad térmica a diferentes
temperaturas.
9. Comparar las graficas obtenidas con las citadas en la bibliografía.
10. Elaborar un reporte con los resultados obtenidos en esta experimentación.
Actividad 2
MATERIAL:
1 vaso de pp. de 1litro.
1vaso de precipitados 500ml
1 salero pequeño
Colorante o tinta.
Plastilina
1 Soporte universal
1 Rejilla de calentamiento
1 Aro
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
1. Calentar el agua en un vaso de precipitados hasta que hierva, Posteriormente
agregar colorante al salero y taparlo cuidando que no se derrame.
2. Agregar con mucho cuidado agua caliente en el salero y colocarlo en el fondo del
vaso de precipitado de un litro sujetándolo con la plastilina.
3.
pon los dedos en el salero y agrega agua a temperatura ambiente hasta llenarlo.
4. Observar las líneas de transferencia de calor por convección.
Actividad 3
CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA
DE
SÓLIDOS
Y
COEFICIENTES
DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
OBJETIVOS:
1. Determine el coeficiente de conductividad térmica del material de la pared.
2. Determine los valores de los coeficientes de transferencia de calor interno y externo.
3. Determine las incertidumbres y los límites de confianza de sus resultados.
EQUIPO PRINCIPAL:
El equipo es un recipiente cerrado, con tapa y fondo perfectamente aislados. Dos
termopares y dos termómetros (o cuatro termopares), cuya posición deberá ser
seleccionada, medirán las temperaturas requeridas. El recipiente se llena con agua caliente,
se tapa y se registra el cambio de las temperaturas conforme transcurre el tiempo. La
rapidez de la evolución de este proceso está asociada a los coeficientes de transferencia de
calor y a la conductividad térmica de la pared del recipiente, con una estructura de
resistencias en serie.
PREGUNTAS:
1. ¿Cuáles son los tiempos característicos (a) del transporte de calor a través de la pared del
recipiente y (b) del enfriamiento del agua en el interior del recipiente?
2. ¿De qué depende el flujo de calor a través de la pared?
3. ¿Porqué es conveniente agitar el agua?
4. ¿Porqué es conveniente colocar tapa y fondo aislantes?
RESULTADOS:
1. Haz gráficas de las temperaturas de los termopares vs. el tiempo.
2. Determina el flux de calor como función del tiempo y represéntalo gráficamente.
3. Determina el coeficiente de conductividad térmica y los coeficientes de transferencia de calor
interno y externo
4. Compara los valores anteriores con los que se reportan en varias referencias.
BIBLIOGRAFIA:
 Bird, R.B., Stewart, W.E. y Ligthfoot, E.N. 1982. Fenómenos de Transporte, Reverte.

Incropera, F.P. y DeWitt, D.P. 1999 Fundamentos de Transferencia de Calor, Prentice
Hall Hispanoamericana, México.

Pérez-Rincón, E. y Soria, A., 1982. Prácticas de Fenómenos de Transporte I,
Universidad Autónoma Metropolitana- Iztapalapa.

Doebelin, E.O., 1975. Measurement Systems, Application and Design, McGraw Hill
Holman, J.P., 1986. Métodos Experimentales para Ingenieros, McGraw Hill, (Segunda
edición en español)