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TRANSMISIN DE CALOR

FISICA II

A. CONDUCCIN DE CALOR

I. OBJETIVO Estudiar la conduccin del calor a travs de los metales, tomando en cuenta el material y las dimensiones de las varillas.

II. MATERIALES Trpode variable Varilla soporte, 250mm Varilla soporte, 600mm Nuez doble Soporte para tubos de

vidrio Aro con nuez

Rejilla con porcelana Pinza universal Beaker de 250ml Termmetro Agitador Pipeta 4 Varillas en forma de U

Piedras de ebullicin Cronmetro Cinta mtrica Mechero de butano

Fsforos Copa brillante (aluminio) Probeta

III. BREVE RESUMEN TERICO La conduccin de calor en metales sigue una ley sencilla. Como sabemos se trata de:

LTkA

tQH =

= (1)

En nuestro experimento el foco caliente no se mantendr constante en el tiempo. Un aspecto importante de la experiencia es medir cmo va aumentando la temperatura en el extremo fro.

Para calcular el flujo calorfico utilizaremos el calor que recibe el agua, la copa brillante y la varilla procedente del agua hirviendo. Haremos:

t

Tcm

t

Q ii

ii

=

=

3

1

(2)

De este modo la conductividad se obtiene haciendo:

fc

i

i

ii

TTtT

ALcmk

==

13

1 (3)

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a) Montaje 1) Monte el material de soporte segn la figura.

2) Mida en la varilla que va a utilizar, el ancho b y el dimetro d de su seccin. 3) La longitud medida ha de corregirla introduciendo las longitudes verticales que estn

fuera del vaso y la copa: lcorr = l + s1 + s2 Coloque el beaker y el soporte universal con la copa de manera que entre los

dos se pueda sostener en su momento la varilla en forma de U hacia abajo. Ahora bien, mdala pero no la coloque todava

4) Agregue 200ml de agua en el beaker y dos piedras de ebullicin. 5) Coloque el termmetro en la copa para que quede aprox.1 cm arriba del fondo.

b) Realizacin 6) Caliente el agua hasta que hierva, luego baje la intensidad de la

llama. 7) Coloque en la copa 20 ml de agua (use probeta y pipeta). 8) Mida la temperatura, sta corresponde a t = 0 min. 9) Coloque la varilla metlica con un brazo en el agua hirviendo y el

otro en la copa con agua fra y ponga en marcha el cronmetro. 10) Cada minuto anote la temperatura del agua en la copa, y agite

regularmente. Terminar a los 12 minutos. 11) Repita el procedimiento para cada varilla.

Detalle del montaje de la varilla entre el beaker y la copa

Varilla en forma de U

cuya conductividad se

va a medir

b

s1 s2

V. DATOS NECESARIOS Con los datos que vaya tomando, prepare las siguientes tablas

1) OBSERVACIONES Y RESULTADOS DE LAS MEDICIONES Metal Cu Al Cu Cu

Dimetro (d) (mm)

Longitud (b) (mm)

Tiempo (min) T (C) T (C) T (C) T (C) 0

1

2

3

12

2) INCREMENTO DE LA TEMPERATURA ENTRE t = 2 min. Y t =12 min.

Metal d (mm) b (mm) T (C) Cu

Al

Cu

Cu

VI. RESULTADOS 1) Para cada varilla, grfica donde se muestre la variacin de la

temperatura en relacin con el tiempo. Grafcalas conjuntamente del siguiente modo: Grficas para Al y Cu de las mismas dimensiones Grficas para las varillas de Cu de distintas dimensiones Conductividades de cobre y aluminio (en base a la frmula (3) y

los datos obtenidos en la zona de mayor pendiente de las curvas antes pedidas (posiblemente entre 2 y 4 minutos)

2) Grficas de variacin del flujo calorfico versus el tiempo, para cada varilla.

VII. CUESTIONARIO 1) Qu metal conduce mejor el calor? En base a las grficas, explique

la influencia de las dimensiones de la varilla en la cantidad de calor que conduce.

2) Por qu aumenta muy poco la temperatura en los dos primeros minutos?

3) Obtenga las conductividades reales de cobre y aluminio. Al realizar el experimento no hemos tenido en cuenta algo importante en el flujo calorfico, de ah que los valores medidos no se acerquen a los reales. Qu falt tener en cuenta?

4) Qu puede llegar a ocurrir en el agua en el beaker que debera llevarnos a finalizar nuestra medicin, pues ya los datos comenzaran a presentar valores errneos?

5) Para varillas iguales, cul enfriar ms rpidamente el agua caliente del beaker? Por qu?

Ver. 4_2011 OZ 18agosto2011

B. AISLAMIENTO TRMICO

I. OBJETIVO Comprobar el enfriamiento de agua en un calormetro aislado y en un recipiente normal.

II. MATERIALES

o Trpode variable o Varilla soporte, 600 mm o Nuez doble o Aro con nuez o Rejilla con porcelana o Pinza universal o Tapn para calormetro o 2 planchas de fieltro o Beaker de 250 ml y de 400 ml

o Matraz Erlenmeyer, 250 ml, cuello ancho

o Pipeta y Probeta. o Termmetro o Cronometro o Mechero de butano o Fsforos o Piedras de ebullicin

III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1) Realice el montaje segn la figura de abajo. 2) Ponga 200 ml de agua en el matraz Erlenmeyer. 3) Construya el calormetro, colocando el beaker de 250 ml dentro del beaker de 400 ml y

entre ambos inserte el fieltro.

4) Coloque el termmetro en el orificio de 8 mm de la tapa. 5) Haga hervir el agua del matraz erlenmeyer. 6) Destape el calormetro y vierta el agua caliente en l. Tenga las precauciones necesarias. 7) Tape el calormetro e inicie el cronmetro.

8) Mida la temperatura cada minuto y anote los valores en una tabla. 9) Repita el experimento utilizando solamente el beaker de 250ml, sin tapa.

IV. DATOS NECESARIOS

Tablas de tiempo vs. temperatura para ambos casos (beaker con tapadera y sin ella).

V. RESULTADOS

Grafique la temperatura del agua en funcin del tiempo para el calormetro y despus para el beaker sin tapa.

VI. CUESTIONARIO

1) En el calormetro, qu proceso de transferencia de calor interviene fundamentalmente para que el agua baje la temperatura?

2) En qu recipiente baja la temperatura ms lentamente? Por qu? 3) D ejemplos en los que se aplique el aislamiento trmico. 4) Investigue tres materiales que sirvan de aislamiento trmico. 5) Cmo debera haberse revestido el calormetro para disminuir transferencia de calor por

radiacin? Explique. 6) No hubiera bastado la capa de aire como aislante entre los dos beakers (de diferente

tamao)? Explique. 7) Investigue para explicar por qu los igloos de los esquimales son de paredes de hielo

Ver.4_2011 OZ 18agosto2011

C. ABSORCIN DE RADIACIN TRMICA

I. OBJETIVO

Estudiar la absorcin de calor de una superficie negra y otra brillante.

II. MATERIALES

o Trpode varaible o Varilla soporte, 250mm

o Varilla soporte, 600mm o Nuez doble o Soporte para tubos de vidrio o Copa brillante o Copa negra o 2 tapones de goma con un orificio o 2 Termmetros o Cronmetro o Mechero de butano o Glicerina

III. PROCEDIMIENTO

EXPERIMENT

AL

1) Realice el montaje que se muestra en la figura.

2) Coloque los dos termmetros igualados en los tapones de goma, de manera que sobresalgan unos 3cm y ponga los tapones en las copas, Utilice glicerina para colocarlo con facilidad.

3) Coloque los termme-tros en los canales del soporte amarillo, y las

dos copas a la altura de la llama del mechero. 4) Ponga el mechero, con la llama brillante, a la misma distancia de las dos copas, unos 5

cm por delante. 5) Lea la temperatura inicial de cada termmetros y antela en la tabla (t = 0) 6) Inicie el cronmetro y lea las dos temperaturas cada minuto.

IV. DATOS NECESARIOS

Registre en una tabla las temperaturas en ambas copas cada minuto durante 10 minutos.

V. RESULTADOS

1) Grafique las dos temperaturas en funcin del tiempo en un solo diagrama. 2) Seale qu cuerpo absorbe mejor la radiacin trmica.

VI. CUESTIONARIO

1) Por qu no se coloca la llama abajo de las copas, sino al lado? 2) Qu tipo de radiacin (ultravioleta, gamma, microondas...) reciben las copas? 3) En base a las grficas, qu relacin hay entre las emisividades de las copas? 4) Qu ocurrira con la temperatura de las copas si mientras estn junto a la llama

emitieran como radiacin propia la misma cantidad que la que reciben? Explique. 5) Si las copas cilndricas hubieran tenido dimensiones doble de las que tienen, cul

sera la relacin numrica entre la radiacin que en nuestro experimento reciben respecto de la que entonces recibiran? Cmo se debera apreciar esa variacin en las grficas de temperatura-tiempo?

6) Regresando a los igloos, estime qu temperatura puede haber adentro si se encuentran cuatro personas (como sugerencia, quiz evidente, no olvide que esta pregunta est incluida en el tema de radiacin).

Ver.1_2011 OZ 17Feb2011 A continuacin: MEDICIN DE TEMPERATURAS CON EL Cobra

Tiempos Temperaturas Copa 1 Copa 2 1 min 2 min 3 min 4 min 5 min ......

10 min

Oz.fisica@gmail.com

APNDICE. MEDICIN DE TEMPERATURAS CON EL Cobra

1) Abrir el programa Phywe Measure

2) Clic en el botn rojo New Measurement.

3) Aparece una ventana con tres vietas (Setup, Settings y Displays)

4) Ingresar los valores que aparecen en las imgenes. El nmero de valores se fija en 13

para que las mediciones se hagan desde 0 min hasta 12 min as no se debe medir la

temperatura inicial en la copa sino que toman como inicial la de t=0 min. En Start

condition se puede usar Key press y tambin se tomar una medicin para t=0 min.

5) Clic en Continue.

6) Aparece la ventana que muestra la temperatura. Hacer clic en Start measurement y

el programa terminar solo despus de tomar los 13 valores.

7) Aparecer la ventana con la grfica respectiva. Entrar en Measurement, Export

data, ingresar las opciones dadas en la imagen y copiar los datos en un bloc de notas.

Ver.4_2011 OZ 18agosto2011