PRÁCTICO Nº 2 b

Temodiámica – Licenciatura en Física
Facultad de Ciencias – Instituto de Física
PRÁCTICO Nº 2 b
TERMODINÁMICA­ Licenciatura en Física
Transferencia de Calor por Conducción
Ejercicio 1.­ Las superficies interna y externa de una pared de
5 m x 6 m, de espesor 30 cm y conductividad térmica de 0,69
W/m ºC, son mantenidas a temperaturas de 20ºC y 5ºC,
respectivamente. Determine el flujo de calor a través de la pared
en Watts, y cuál será la pérdida de calor a través de la pared en un
período de 5 horas.
Ejercicio 2.­ Una olla de aluminio, cuya conductividad
térmica es de 237 W/m ºC, tiene un fondo plano, de
diámetro 20 cm y espesor 0,4 cm. Se transfiere calor al
fondo de la olla, con el objetivo de hervir agua, a
razón de 800 W de modo estacionario. Si la superficie
interna del fondo de la olla se encuentra a 105ºC, determine
la temperatura de la superficie externa del mismo.
Ejercicio 3.­ Considere una pared de espesor L , cuya
conductividad térmica varía con la temperatura de la forma,
k T =k 0 1T  donde k 0 y  son constantes. La
superficie izquierda de la pared en x=0 , es mantenida a
temperatura T 1 , y la superficie derecha en x=L se mantiene a
temperatura T 2 , como se ve en la figura. Asumiendo una
transferencia de calor estacionaria y unidimensional, halle las
ecuaciones que determinan :
(a) La tasa de calor transferido a través de la pared.
(b) La distribución de temperaturas T  x  a lo largo del espesor de la pared.
Transferencia de Calor por Convección
Ejercicio 4.­ Un caño de agua caliente a 80ºC, de 10 m de largo y 5 cm de diámetro externo, pierde
calor hacia el ambiente a 5ºC, por convección natural, con un coeficiente de transferencia de calor
de 25W/m² ºC. Determine la tasa de calor perdida por el caño en Watts.
Transferencia de Calor por Radiación
Ejercicio 5.­ Parámetros en el diseño de una bombita incandescente
(a) Averigüe cuál es la temperatura de una bombita de luz incandescente.
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Temodiámica – Licenciatura en Física
Facultad de Ciencias – Instituto de Física
(b) Si el filamento de tungsteno de la bombita tiene un radio de 15 micras y una resistencia R de
43 ohms a temperatura ambiente, calcule su longitud.
(c) Si la bombita es de 60 W, ¿qué resistencia R ’ tiene cuando está encendida?
(d) Otro camino para estimar la longitud L del filamento es usando la ley de radiación de calor.
¿Qué resultado obtiene en este caso?
Ejercicio 6.­ Eficiencia de la bombita incandescente
La densidad de energía g  radiada por un cuerpo a temperatura absoluta T para una
frecuencia  es proporcional a:
2
g∝ h / k T
e
−1
y cada frecuencia  contribuye con una energía h  , de modo que la energía total radiada por
unidad de volumen tot , en todo el espectro, entre =0 y =∞ , es proporcional a:
B
∞
∫
h 3
d
h / k T
e
−1
y en general, la energía radiada entre dos frecuencias 1 y 2 será proporcional a:
0
2
∫
B
h 3
d
h / k T
e
−1
(a) Calcule la eficiencia de la lamparita como el cociente entre la energía radiada en el espectro visible
(~ 4000 a 7000 Å) sobre la energía total.
(b) Calcule como varía la eficiencia en el intervalo de temperaturas T =2500­3200 K y
grafique contra T .
1
B
Ejercicio 7.­Radiación Emitida y Recibida por la Tierra
(a) Calcule la potencia total que recibe la Tierra P in en la forma de radiación desde el
sol, la constante solar, dada por P in dividida entre la superficie efectiva de la Tierra
(superficie del círculo máximo) y la constante solar media, dada por P in dividida
entre la superficie total de la Tierra, o sea un cuarto de la constante solar. Tome
como temperatura de la superficie solar T = 5777 K.
(b) Calcule la potencia total que emite la superficie de la Tierra como radiación
sup
electromagnética P out (Asuma que la temperatura media de la superficie terrestre
sup
es de 15 º C). ¿Cómo es P out respecto a P in ?
(c) Las observaciones desde satélites de la radiación infrarroja emitida por el planeta
indican que la temperatura de la Tierra debería ser de unos ­18ºC. ¿Cuánto vale
entonces la potencia radiada P out por m 2 ? ¿Cómo se compara con la potencia
absorvida, dada por (1­albedo terrestre) de la constante solar media? El albedo
terrestre es de 0.3.
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