informe lab. 10

5/11/2018 Informe Lab. 10 - slidepdf.com

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“A“AÑOÑO DEDE LALA CCONSOLIDACIÓNONSOLIDACIÓN EECONÓMICACONÓMICA Y Y SSOCIALOCIAL DELDEL PPERÚERÚ”

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA.

FACULTAD DE ING. ELECTRONICA Y ELECTRICA

TEMA: Conducción del calor en sólidos

Curso : Laboratorio de Física II

Profesora : Vanessa Navarrete Sotomayor

Integrantes :

NOMBRES CÓDIGO

Chávez García Raúl 09190151

Núñez Falcon Daniel 09190128

Pérez Ríos Alejandro 09190078

Villanueva Marcalaya Franco 09190179

Yali Machacuay Dante 09190175

Semestre : 2010 - I

Ciudad Universitaria, 23 de Junio del 2010



CONDUCCIÓN DE CALOR EN LOS SÓLIDOS.

I. OBJETIVOS

• Investigar el comportamiento de la conducción del calor en los sólidos en

función de los materiales y sus dimensiones.

II. EQUIPOS Y MATERIALES.

• Equipo de calentamiento

• Varilla soporte metálica

250mm.

• Varilla de soporte metálica 600

mm.

• Varilla de Al en U, d 5mm, b

175mm.

• Varilla de Cu en U, D 5 mm, B

175mm.

• Termómetro.

• Manguera flexible,

transparente, 7x1.5

• Trocitos de porcelana, 200g.

• Soporte acanalado para tubos

de vidrio.

• Papel milimetrado.

• Soporte universal.

• Nuez doble.

• Clamp.

• Vaso de precipitado, 250ml.

• Agitador de vidrio.

• Gotero.

• Probeta graduada, 100ml.

• Cronometro.

• 5 trozos de papel térmico.

• Vasito metálico.

• Regla graduada.

• 1 paño de tela absorbente.

III. FUNDAMENTO TEÒRICO.

TRANSFERENCIA DE CALOR Y CONDUCCIÓN

Es un proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre

distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a

http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE

http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml




distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o

conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente,

puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.

Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa

fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un

quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe

calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por

radiación.

• La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es

lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta

esté en el fuego.

• La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y

calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente

uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la

llama.

• La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética

(generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuegocalienta la habitación.

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se

calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su

temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción.

No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de

calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los

electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de

temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos

también tienden a ser buenos conductores del calor.

También podemos decir de la conducción:

• Es la forma que transmite el calor en cuerpos sólidos, se calienta un

cuerpo, las moléculas que reciben directamente el calor aumenta su

vibración y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismocon sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por

http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/enuclear/enuclear.shtml


http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/origen-tierra/origen-tierra.shtml


http://www.monografias.com/trabajos55/radiaciones-electromagneticas/radiaciones-electromagneticas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos4/epistemologia/epistemologia.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/enuclear/enuclear.shtml



http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/origen-tierra/origen-tierra.shtml


http://www.monografias.com/trabajos55/radiaciones-electromagneticas/radiaciones-electromagneticas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtml

http://www.monografias.com/trabajos4/epistemologia/epistemologia.shtml



esta razón, si el extremo de una varilla metálica se calienta una flama,

transcurre cierto tiempo para el calor llegue a otro extremo.

• El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos se

llaman buenos conductores del calor aquellos materiales que permiten el

paso del calor a través de ellos.

• Los malos conductores o aislantes son los que oponen mucha dificultad al

paso del calor aprovechando esta propiedad muchas vasijas para calentar

líquidos se hacen aluminio

.

FORMAS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA

PRIMER EXPERIMENTO: ¿Qué material conduce mejor el calor?

MONTAJE 1

• MONTE EL EQUIPO TAL COMO MUESTRA EL DISEÑO EXPERIMENTAL DE LA

FIGURA 1.



• VERIFIQUE QUE UN TROZO DE MANGUERA FLEXIBLE DE UNOS 10 cm. ESTÉ

COLOCADO EN LA VARILLA DE SOPORTE CORTA.

• VIERTA UNOS 200 mL DE AGUA EN EL VASO DE PRECIPITADOS.

• COLOQUE LAS VARILLAS EN U TAL QUE EN UN EXTREMO SE APOYE EN LA

VARILLA CORTA (QUE TIENE EL FORRITO DE MANGUERA AISLANTE) Y ELVASO DE PRECIPITADOS.

CUIDADO:Al manejar el vaso de precipitados

caliente, cójalo por el borde superior



PROCEDIMIENTO 1

4.1. SIN COLOCAR AÚN LAS VARILLAS EN EL VASO DE PRECIPITADOS, CALIENTE EL

AGUA HASTA QUE HIERVA.

4.2. VERIFIQUE QUE EN CADA VARILLA EN U ESTÉ PEGADO, RODEANDO LA VARILLA

CASI PRÓXIMO A UN EXTREMO, UN PAPEL TÉRMICO.

VARILLAS DE COBRE EN U CON PAPEL TÉRMICO.

VARILLA DE ALUMINIO EN U CON PAPEL TÉRMICO.

4.3. VERIFIQUE QUE UN TROZO DE PAPEL TÉRMICO ESTÉ COLOCADO TAMBIÉN EN

LA VARILLA DE VIDRIO (AGITADOR), PERO TOTALMENTE EN EL EXTREMO.

VARILLA DE VIDRIO DEL EXPERIMENTO.

4.4. CUANDO EL AGUA HIERVA RETIRE EL MECHERO.



4.5. SIMULTÁNEAMENTE COLOQUE LAS VARILLAS METÁLICAS, UN EXTREMO EN EL

AGUA CALIENTE Y EL OTRO SOBRE LA VARILLA DE SOPORTE; TAMBIÉN

COLOQUE LA VARILLA DE VIDRIO LO MAS OBLICUA POSIBLE EN EL VASO DE

PRECIPITADOS, CON EL PAPEL EN LA PARTE SUPERIOR TAL QUE NO ENTRE EN

CONTACTO CON EL VAPOR DE AGUA.

VERIFIQUE QUE LOS TROZOS DE PAPEL EN LAS VARILLAS ESTÉN A LA MISMA

DISTANCIA (2 cm.) DEL VASO DE PRECIPITADOS.

EXPERIMENTO DE CONDUCCIÓN DEL CALOR EMPLEANDO LAS VARILLAS DE DISTINTOS

MATERIALES.

ANOTE EL COLOR DE LOS PAPELITOS TÉRMICOS:



4.6. OBSERVE EL PAPEL TÉRMICO DE LAS VARILLAS. ANOTE SUS OBSERVACIONES

CUANDO EMPIECE A VARIAR SU ESTADO DE COLOR DESPUÉS DE UNOS TRES

MINUTOS. ¿QUÉ SUCEDE CON EL PAPEL TÉRMICO?

DETERMINE EL COLOR DE LOS PAPELITOS TÉRMICOS DESPUÉS DE TRES

MINUTOS:

4.7. DESPUÉS DE UNOS MINUTOS TOQUE, CON CUIDADO, DEL LADO DEL PAPEL

TÉRMICO LOS EXTREMOS DE LAS VARILLAS METÁLICAS Y TAMBIÉN EL

EXTREMO DE LA VARILLA DE VIDRIO. ANOTE LO QUE OBSERVA Y A SU TACTOQUE APRECIA.



SEGUNDO EXPERIMENTO: ¿De qué depende el flujo del calor por un metal?

MONTAJE 2

• MONTE EL EQUIPO TAL COMO MUESTRA EL DISEÑO EXPERIMENTAL DE LA

GUÍA.

• VIERTA EN EL VASO DE PRECIPITADOS 200 ML DE AGUA.

• SUJETE EL VASITO METÁLICO CON LA PINZA UNIVERSAL COLOCADA EN EL

SOPORTE UNIVERSAL. AQUÍ SE COLOCARÁN LAS VARILLAS Y SE HARÁN LAS

MEDICIONES.

• COLOQUE EL TERMÓMETRO DE MANERA QUE EL VÁSTAGO QUEDE

APROXIMADAMENTE 1 cm POR ENCIMA DEL FONDO DEL VASITO METÁLICO.

PROCEDIMIENTO 2

4.8. EN LA PARTE SUPERIOR DE LA TABLA 1 ANOTE EL MATERIAL, DIÁMETRO d Y

LA LONGITUD b DE LA VARILLA A ESTUDIAR.



4.9. CALIENTE EL AGUA; CUANDO HIERVA BAJE UN TANTO LA INTENSIDAD DE LA

LLAMA.

4.10. MIDA CON EXACTITUD 20 mL DE AGUA POTABLE Y VIÉRTALO EN EL VASITO

METÁLICO VACÍO (USE LA PROBETA Y LA PIPETA SI DISPONIERA DE ELLA).

4.11. MIDA LA TEMPERATURA DEL AGUA DEL VASITO; ANOTE EL DATO EN LA TABLA1 EN t=0.

4.12. COLOQUE UN BRAZO DE LA VARILLA METÁLICA EN AGUA HIRVIENDO Y EL

OTRO BRAZO EN EL VASITO METÁLICO CON AGUA FRÍA Y PONGA EN MARCHA

EL CRONÓMETRO.

4.13. AGITE REGULARMENTE EL AGUA DEL VASITO.

4.14. MIDA Y PROTOCOLICE CADA MINUTO LA TEMPERATURA DEL AGUA DELVASITO METÁLICO.

4.15. HAGA UNA MEDICIÓN A LOS 12 MINUTOS.

CALENTAMIENTO DE 20 mL DE AGUA A TRAVÉS DE CONDUCCIÓN,

EMPLEANDO UNA VARILLA DE COBRE.

Se espera que a medida que el tiempo transcurra, el agua dentro del vasito metálico

se vaya calentando de manera gradual por efecto de la conducción del calor a travésde la varilla del material empleado. Nuestro objetivo es determinar qué factores, en



este caso el tipo de material de fabricación de la varilla, longitud y grosor, afectan

directamente el proceso de conducción.

TABLA 1A

MATERIAL: COBRE (Cu)DIÁMETRO: d =

5 mm

LONGITUD: b = 175 mm

TIEMPO

(min)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CRONÓME

TRO DE

LECTURA

MÍNIMA:

0.1 segs.

TEMPERAT

URA

(°C )

23.

1

24.

2

24.

5

25.

0

25.

5

26.

1

26.

9

27.

6

28.

4

29.

3

30.

6

30.

7

31.

0

TERMÓME

TRO

DIGITAL

DE

LECTURA

MÍNIMA0.1 °C.

TABLA 1B


5 mmLONGITUD: b = 120 mm

TIEMPO

(min)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CRONÓME

TRO DE

LECTURA

MÍNIMA:

0.1 segs.

TEMPERAT

URA

(°C )

23.

6

25.

8

26.

8

27.

8

28.

7

29.

5

30.

2

30.

7

31.

1

31.

4

31.

7

32.

1

32.

5

TERMÓME

TRO

DIGITAL

DE

LECTURA

MÍNIMA

0.1 °C.

TABLA 1C



TIEMPO

(min)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CRONÓME

TRO DE

LECTURA

MÍNIMA:

0.1 segs.



TEMPERAT

URA

(°C )

27.

3

27.

4

27.

4

27.

8

28.

0

28.

2

28.

5

28.

7

29.

0

29.

2

29.

4

29.

6

29.

8

TERMÓME

TRO

DIGITAL

DE

LECTURA

MÍNIMA

0.1 °C.

TABLA 1D

MATERIAL: ALUMINIO (Al)DIÁMETRO: d =


TIEMPO

(min)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

CRONÓME

TRO DE

LECTURA

MÍNIMA:

0.1 segs.

TEMPERAT

URA

(°C )

23.

0

23.

6

24.

3

24.

9

25.

7

26.

2

26.

9

27.

5

28.

1

28.

6

29.

0

29.

3

29.

6

TERMÓMETRO

DIGITAL

DE

LECTURA

MÍNIMA

0.1 °C.

PLOTEE SUS DATOS DE LA TABLA (TEMPERATURA VS TIEMPO)



V. EVALUACION:

PRIMER EXPERIMENTO:

5.1 EL PAPEL TÉRMICO CAMBIA DE COLOR A UNOS 450 ºC; A UNA TEMPERATURA

INFERIOR ES AMARILLO, A UNA TEMPERATURA MENOR ES ROJO. ORDENE LAS VARILLAS

DE MEJOR A PEOR CONDUCTIVIDAD TÉRMICA.

A u m e n t o

d e l a c o n d u c t i v i d a d

d e

l c a l o r s e g u n e l m a t e r i a

l y s u s d i m e n s i o n e s material Diámetro(mm) Longitud(mm)

Cobre 5 mm 120 mmCobre 5 mm 175 mmCobre 3 mm 175 mm

Aluminio 5 mm 175 mmvidrio ………………… …………………



En el cuadro anterior se muestra la conductividad según el tipo de material y su

longitud, pero sin importar su longitud el cobre tiene mejor conductividad térmica que

el aluminio, y éstos (cobre y aluminio) tienen mejor conductividad térmica que el

vidrio. El vidrio es un muy mal conductor del calor (tienen baja conductividad térmica)

por lo que se le llama aislante.

¿TIENEN LAS VARILLAS LA MISMA TEMPERATURA EN TODA SU

LONGITUD? RAZONE SU RESPUESTA.

No tienen la misma temperatura en toda su longitud, pues primero se calienta un

extremo en el que sus moléculas adquiere mayor térmica que se va transmitiendo de

la parte más caliente a la mas fría que son las partes que no reciben directamente el

calor de una fuente externa.

SEGUNDO EXPERIMENTO:

5.2 ¿POR QUÉ AUMENTA MUY POCO LA TEMPERATURA EN LOS DOS

PRIMEROS MINUTOS?

Porque el calor que se le transmite tiene que calentar primero al agua luego esta

calienta el extremo del metal, después el calor que se transmite por la varilla se

encuentra con el agua del vasito (que se encuentra al otro extremo de la varilla), el

cual también tiene que calentar el agua; es por eso que no se nota mayor cambio en la

temperatura que se mide en el vasito.

5.3 COMPLETE LA TABLA 2 CON LOS VALORES ∆T DE TODOS LOS GRUPOS DE LACLASE.

¿Qué metal conduce mejor el calor?

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De los resultados obtenidos en 5.1 decimos que el cobre conduce mejor el calor.

5.4 ¿QUÉ DIMENSIONES DE LA VARILLA METÁLICA TIENE MAYOR INFLUENCIA

SOBRE LA CANTIDAD DE CALOR QUE TRANSMITE?

La varilla de cobre de 120 mm de longitud y 5mm de diámetro es la que más calor

transmite a través de su longitud.

También en la experiencia notamos que la varilla de cobre de 3 mm de diámetro y 175

mm de longitud se calentaba más que la otra varilla del mismo material pero de 5 mm

de diámetro y 175 mm de longitud.

5.5 FORMULE EN UNA EXPRESIÓN CUANTO / TANTO LA RELACIÓN ENTRE LASDIMENSIONES DE LA VARILLA Y LA CANTIDAD DE CALOR.

Que viene a ser la ley de Fourier para la conducción que relaciona las dimensiones de

la varilla y la cantidad de calor. Donde:

• K: coeficiente de conductividad térmica. (Cal/m.s.ºC)

• ∆x: longitud de la varilla (m).

MATERIAL DIAMETRO

(mm)

LONGITUD(mm)

Cobre 5 175Aluminio 5 175

Cobre 3 175cobre 5 10



• A: Área de la sección transversal (m2).

• T1 Y T2: temperatura en los extremos (ºC).

• Q/t: Cantidad de calor transmitida por unidad de tiempo (cal/s)

5.6 INVESTIGUE LA FUNCIÓN DEL MATERIAL LLAMADO LA VASIJA DE

INGENHOUZ.

Es un dispositivo, el cual consiste en una caja de latón con mango de madera con

nueve barras exteriores. Es utilizado para comparar la ductibilidad de los diferentes

metales (capacidad para formar hilos o alambres), empleando para esto barras de

cobre, de latón, de cinc, de estaño, de hierro y plomo.

APARATO DE INGENHOUZ

VI. CONCLUSIONES:

• El calor a través de un medio se desplaza de las zonas de mayor temperatura a

zonas de menor temperatura.

• Observando la grafica según los datos de la tabla 1 decimos que la transferencia

de calor es mejor cuando el cuerpo tiene menor longitud.

• Cada material tiene una velocidad de conducción del calor, por eso se nota que

un material se calienta más rápido que otro.

• Verificamos que el vidrio es un mal conductor del calor, pues el papel térmico

que tenia a un extremo no cambio de color.



• La transferencia de calor de un cuerpo caliente a otro más frío no puede

detenerse, pero si puede hacerse más lento.

VII. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES:

• El papel térmico debe de estar lo más alejado posible del vapor de agua para

que no influya en su color.

• Se baja la intensidad de fuego del mechero para que el agua no siga

aumentando su temperatura.

• Hubiese sido mejor trabajar con varios mecheros para ahorrarnos el tiempo, ya

que se tuvo que hacer las mediciones de temperatura con cada varilla durante

12 minutos.

• Al medir la temperatura inicial del agua se obtuvo 23 0C para las dos primeras

varillas, pero luego se obtuvo 27 0C; esto al parecer porque el aire del ambiente

de trabajo se había calentado debido al mechero que se mantenía prendido.

IX. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN RESISTENCIAS METÁLICAS

Como sabemos, los metales son buenos conductores de calor, unos lo son más que

otros. La propiedad que se le asocia a un metal de conducir de manera más o menos

eficiente el calor, la cual se denomina conductividad térmica.

• En metales de alta pureza, el mecanismo de transporte de calor se realiza

fundamentalmente por los electrones. Los valores de la conductividad son losmás altos ya que los electrones no son tan fácilmente dispersados y además

existe un gran número de electrones libres que participan en la conducción

térmica.

• Aleando los metales con impurezas se produce una reducción en la

conductividad térmica, por la misma razón que disminuye también la

conductividad eléctrica. Los átomos de impurezas, especialmente si están en

disolución sólida, actúan como centros de dispersión, disminuyendo la eficiencia

del movimiento de los electrones.



CÓMO INFLUYE LA TEMPERATURA EN LA RESISTENCIA DEL CONDUCTOR

• La temperatura influye directamente en la resistencia que ofrece un conductor

al paso de la corriente eléctrica. A mayor temperatura la resistencia se

incrementa, mientras que a menor temperatura disminuye.

• Sin embargo, teóricamente toda la resistencia que ofrecen los metales al paso

de la corriente eléctrica debe desaparecer a una temperatura de 0 K,

equivalente a – 273,16 ºC; punto del termómetro donde se supone aparece la

superconductividad o "resistencia cero" en los materiales conductores.

• En el caso de los metales la resistencia es proporcional a la temperatura, es

decir si la temperatura aumenta la resistencia también aumenta y viceversa, si

la temperatura disminuye la resistencia también disminuye; sin embargo, si

hablamos de elementos semiconductores, como el silicio (Si) y el germanio(Ge), por ejemplo, ocurre todo lo contrario, pues en esos elementos la

resistencia y la temperatura se comportan de forma inversamente proporcional,

es decir, si una sube la otra baja su valor y viceversa.



GRÁFICA DE LA VARIACIÓN DEL VALOR DE LA RESISTENCIA DE DISTINTOS TIPOS DE CONDUCTORES A

DIFERENTES TEMPERATURAS. NÓTESE LAS PARTICULARIDADES DEL SEMICONDUCTOR.

La alta conductividad térmica y eléctrica en los metales tienen una razón común, y es

la presencia de electrones libres en los metales.

Es más, existe la ley de Wiedemann - Franz, la cual establece teóricamente una razón

entre ambas conductividades valida para todos los metales. Considerando la

conductividad eléctrica y térmica de los metales originada como el proceso de difusión

de electrones libres en ellos, se obtiene la siguiente fórmula que relaciona la

conductividad térmica [K] con la conductividad eléctrica [Ce]

2

2

3 . K k T

Ce e=

Donde:

• k : constante de Boltzmann.

• T: temperatura a la que se encuentra el metal.

• e: carga del electrón.

En efecto la alta conductividad eléctrica y térmica de los metales es originada en el

proceso de difusión de electrones libres según la física clásica.

VIII. BIBLIOGRAFIA

Manual de Laboratorio de Física I. Facultad de Ciencias Físicas. Departamento

Académico de Física de Estado Sólido. Universidad Nacional Mayor de San

Marcos. 2009, Lima-Perú.

Química. Sétima Edición. Reymond Chang. Editorial Mc Grawl Hill.

Manual de Laboratorio de Física III. Facultad de Ciencias Físicas. UniversidadNacional Mayor de San Marcos. 2010, Lima-Perú.



Guía de Laboratorio de Química General para la E.A.P. de Ingeniería Eléctrica.

Facultad de Química e Ingeniería Química. Departamento Académico de Química

Inorgánica. Universidad Nacional Mayor de San Marcos. 2009, Lima-Perú.

Física Universitaria Volumen 1. Decimosegunda edición. Young-Freedman, Sears-

Zemansky. Editorial Pearson, Atlacomulco. 2009. México.

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