física para ciencias: transferencia de calor
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Física para Ciencias: Transferencia de Calor. Dictado por: Profesor Aldo Valcarce 1 er semestre 2014. FIS109C – 2: Física para Ciencias 1 er semestre 2014 . Potencia. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Física para Ciencias: Transferencia de Calor
Dictado por:Profesor Aldo Valcarce
1er semestre 2014
FIS109C – 2: Física para Ciencias 1er semestre 2014
PotenciaLa potencia se define como la rapidez de transferencia de energía o el trabajo realizado por segundo.
Las unidades de potencia son J/s o Watts (W)
En mecánica:
Entonces,
𝑷=∆𝑸∆ 𝒕
𝑾=𝑭 ∆ 𝒙
𝑷=𝑭 ∆ 𝒙∆ 𝒕 =𝑭𝒗
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La transferencia de calorLa energía térmica se puede transferir de un lugar a otro por tres maneras distintas:
Conducción – Convección - Radiación
La transferencia de calor existe sólo cuando hay una diferencia de temperaturas.
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Conducción
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ConducciónSi se inserta un extremo de una varilla de cobre en una fogata, la temperatura del otro extremo aumenta rápidamente por el proceso de conducción.
La conducción se debe a la transferencia de energía cinética entre las moléculas o átomos de la sustancia.
denota la rapidez con la que el calor se transfiere de un lugar a otro.
Experimentalmente se encuentra que:
la diferencia de temperatura
el área del conductor
el largo del conductor.
𝑯∝∆𝑻𝑯∝ 𝑨𝑯∝𝟏/𝑳
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es una constante conocida como la conductividad térmica del material y tiene unidades de .
En general, los metales son buenos conductores (tienen alta), mientras que los no-metales y los gases son malos conductores (tienen baja).
Cobre: Aire: Concreto: Asbesto:
Conducción
𝑯=∆𝑸∆ 𝒕 =𝒌𝑨𝑻 𝟐−𝑻 𝟏
𝑳
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Ejercicio: ConducciónCalcule la cantidad de calor que se transfiere en una hora a través de un muro de concreto de de altura, de longitud, y de espesor si un lado del muro se mantiene a y el otro ().
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Convección
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Calentando las manos sobre una fogata:
El aire que está directamente encima de las llamas se calienta y expande. En consecuencia baja su densidad y el aire sube. Esta masa de aire calienta las manos.
El calor transferido por el movimiento de las moléculas o átomos de la sustancias de un lugar a otro se transmite por convección.
Cuando el proceso ocurre por diferencias de densidad, se llama convección natural.
Cuando una bomba o ventilador obliga a la sustancia caliente a moverse, convección forzada.
Convección
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Radiación
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Radiación¿Cómo llega a la Tierra el calor generado por el sol?
Entre la tierra y el sol hay espacio vacío - no tiene átomos o moléculas para transmitir el calor por conducción ni convección.
Todos los objetos irradian energía en forma de ondas electromagnéticas. La radiación asociada con la pérdida de energía térmica de un objeto se llama radiación infrarroja.
El calor del sol llega a la tierra en forma de radiación.
~1340 J de energía llegan por segundo a cada m2 de la parte superior de la atmósfera. Parte de ésta es reflejada, la otra parte es absorbida por la atmósfera.
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Ley de Stefan
área= 5.67 x 10-8 W/m2 K4
emisividad o absorbencia
absorbedor ideal reflector ideal
Todo cuerpoabsorbe y emite
Radiación
𝑷=𝝈 𝑨𝒆𝑻 𝟒
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𝑷𝒏𝒆𝒕𝒂=𝝈 𝑨𝒆(𝑻 𝟒−𝑻 𝟎𝟒)
Una persona demora 10 min en decidir que ropa ponerse en la mañana mientras se encuentra totalmente desnuda. Si la temperatura de la persona es de 35 °C ¿qué energía neta pierde su cuerpo por radiación?
Suponer que la emisividad de la piel es de 0.900 y que el área de la superficie de la persona es de 1.5 m2.
Ejercicio: Radiación
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ResumenPotencia
Transferencia de Calor Conducción
Convección
Radiación
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𝑯=𝒌𝑨 𝑻𝟐−𝑻 𝟏
𝑳
𝑷=∆𝑸∆ 𝒕