LABORATORIO DE TERMODINMICA

Prctica Calor

Cuestionario #3

Garca Hernndez Francisco Moiss

Grupo: 02

Fecha: 26/08/2013

1. Defina calor.Es una transferencia de energa de un sistema (cerrado o abierto) a otro, o entre un sistema y el exterior, en virtud nicamente de una diferencia de temperaturas.

2. Defina calora.Es una unidad de medida del Sistema Internacional que mide la cantidad de transferencia de energa, y su unidad es la cantidad de energa necesaria para elevar 1[C] la temperatura de 1[g] de agua a 14.5[C], y es equivalente a 4.1868[J].

3. Cul es el calor sensible y cul es el calor latente?Calor sensible. Es la transferencia de energa en forma de calor a un sistema, que hace que ste vare su temperatura. Calor latente. Es cuando al aplicarle calor a un cuerpo, ste no cambia su temperatura, pero s ocurre un cambio de fase.

4. Cules son las expresiones matemticas para calcular calor sensible y calor latente?Calor sensible:

Donde:{Q}=calorm=masaTi=es la temperatura inicial del sistemaTf=es la temperatura final del sistema despus de la aplicacin de la energac=es una constante de proporcionalidad y se conoce como capacidad trmica especfica de la sustancia.

Calor latente:

Donde:Q=calorm=masa=es una constante de proporcionalidad conocida como entalpa de transformacin.

5. Describa el mecanismo de propagacin de calor por conduccin y conveccin.Conduccin. Es la transferencia de energa de las partculas ms energticas hacia las adyacentes menos energticas como resultado de sus interacciones. La conduccin puede ocurrir en slidos, lquidos o gases; en stos ltimos dos la conduccin se debe a las colisiones de las molculas durante su movimiento aleatorio, mientras que en los slidos se debe a la combinacin de la vibracin de las molculas en una red y el transporte de energa mediante electrones libres.

La tasa de conduccin de calor por una capa de espesor constante x es proporcional a la diferencia de temperatura T en la capa y el rea A normal a la direccin de transferencia de calor, mientras que es inversamente proporcional al espesor de la capa. Por lo tanto:

Donde la constante de proporcionalidad kt es la conductividad trmica del material, la cual es una medida de la capacidad del material para conducir calor.

En el caso del lmite de x 0, la ecuacin anterior se reduce a la forma diferencial

Que se conoce como Ley de Fourier de conduccin de calor, e indica que la tasa de conduccin de calor en una direccin es proporcional al gradiente de temperatura en esa misma direccin. El calor es conducido en la direccin de temperatura decreciente, y el gradiente de temperatura se vuelve negativo cuando la temperatura disminuye con x creciente. Por consiguiente, se agrega un signo negativo a la ecuacin para hacer la transferencia de calor en la direccin x positiva en una cantidad positiva.

En los slidos, la conduccin de calor se debe a dos efectos: a las ondas vibratorias de la red inducidas por los movimientos vibratorios de las molculas situadas en una posicin relativamente fija en una forma peridica llamada cristalina, y a la energa transportada a travs de flujo libre de electrones en el slido. La conductividad trmica de un solido se obtiene al sumar las componentes de la red y electrnicos. La conductividad trmica de los metales puros se debe sobre todo al componente electrnico, mientras que la de los no metales se debe ms que nada al componente de la red cristalina. El componente de la red cristalina de la conductividad trmica depende en gran medida de la forma en que estn dispuestas las molculas.

Conveccin. Es el modo de transferencia de energa entre una superficie slida y el lquido o gas adyacente que est en movimiento, y tiene que ver con los efectos combinados de conduccin y movimiento del fluido, mientras ms rpido sea ste mayor es la transferencia de calor por conveccin. En ausencia de cualquier movimiento en masa del fluido, la transferencia de calor entre una superficie slida y el fluido adyacente es por conduccin pura. El movimiento de la masa del fluido incrementa la transferencia de calor entre la superficie slida y el fluido, pero tambin complica la determinacin de las tasas de transferencia de calor.

Hay conveccin forzada si el fluido es forzado a fluir por un tubo o sobre una superficie por medios externos, como un ventilador, una bomba o el viento. En cambio, se trata de una conveccin libre (o natural) si el movimiento del fluido es ocasionado por las fuerzas de flotacin inducidas por diferencias de densidad debidas a la variacin de temperatura en el fluido. Los procesos de transferencia de calor en los que hay un cambio de fase de un fluido se consideran tambin como conveccin debido al movimiento del fluido durante el proceso.

La tasa de transferencia de calor por conveccin se determina a partir de la ley de enfriamiento de Newton, expresada como:

Donde h es el coeficiente de transferencia de calor por conveccin, A es la superficie en la cual tiene lugar la transferencia de calor, Ts es la temperatura de la superficie y Tf es la temperatura del fluido lejos de la superficie. (En la superficie, la temperatura del fluido es igual a la temperatura superficial del slido).

El coeficiente de transferencia de calor por conveccin h no es una propiedad del fluido, es un parmetro determinado experimentalmente cuyo valor depende de todas las variables que afectan la conveccin, como la configuracin geomtrica de la superficie, la naturaleza del movimiento del fluido, las propiedades del fluido y la velocidad volumtrica del fluido.

6. Describa el mecanismo de propagacin de calor por radiacin.Es la energa que transmite la materia en forma de ondas electromagnticas (o fotones) como resultado de cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos y molculas. A diferencia de la conduccin y conveccin, la transferencia de energa por radiacin no requiere la presencia de un medio. De hecho, este tipo de transferencia es la ms rpida (se lleva a cabo a la velocidad de la luz) y no experimenta ninguna atenuacin en el vaco.

Todos los cuerpos a una temperatura superior al cero absoluto emiten radiacin trmica.

La radiacin es un fenmeno volumtrico, y los slidos, lquidos y gases, emiten, absorben o transmiten radiacin de distintos grados. Sin embargo, la radiacin es considerada en general como un fenmeno superficial para slidos opacos a la radiacin trmica, como metales, madera y las rocas, puesto que la radiacin emitida por las regiones interiores de estos materiales nunca alcanza la superficie, mientras que la radiacin que incide en esos cuerpos se absorbe comnmente dentro de unas micras desde la superficie.

La tasa mxima de radiacin que se puede emitir desde una superficie a una temperatura absoluta Ts se determina mediante la ley de Stefan Boltzmann como

Donde A es el rea superficial y =5.67x10-8 W/m2K4 es la constante de Stefan Boltzmann. La superficie idealizada que emite radiacin a esta tasa mxima se llama cuerpo negro, y la radiacin emitida por un cuerpo negro se denomina radiacin de cuerpo negro. La radiacin que emiten todas las superficies reales es menor que la radiacin emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura y se expresa como:

Donde es la emisividad de la superficie. Esta propiedad, cuyo valor est en el intervalo [0,1], es una medida de qu tan cerca se aproxima una superficie a un cuerpo negro, para la cual =1.

Otra propiedad de radiacin importante de una superficie es su absorbancia, , que es la fraccin de la energa de radiacin incidente sobre una superficie absorbida por sta, y al igual que la emisividad, su valor est en el intervalo [0,1]. Un cuerpo negro absorbe toda la radiacin que incide sobre l. Esto es, un cuerpo negro es tanto un absorbedor perfecto (=1) como un emisor perfecto.

La ley de Kirchhoff de la radiacin establece que la emisividad y la absorbencia de una superficie son iguales con las mismas temperatura y longitud de onda. En la mayor parte de las aplicaciones prcticas se ignora la dependencia que y tienen de la temperatura y la longitud de onda, por lo que la absorbancia promedio de la superficie se considera igual a la emisividad promedio. La tasa a la que una superficie absorbe radiacin se determina a partir de

Donde es la tasa a la que la radiacin incide sobre la superficie y es la absorbancia de la superficie.

En superficies opacas (no transparentes), la porcin de la radiacin incidente no absorbida se refleja.

La diferencia entre las tasas de radiacin emitida por la superficie y de radiacin absorbida es la transferencia neta de calor por radiacin. Si la tasa de radiacin absorbida es mayor que la de emisin de radiacin, se dice que la superficie est ganando energa por radiacin. De otro modo, se afirma que la superficie esta perdiendo energa por radiacin. En el caso especial de una superficie relativamente pequea de emisividad y de un rea A a temperatura absoluta Ts, que est completamente encerrada por una superficie mucho ms grande a temperatura absoluta Talrededores, separada por un gas (como el aire) que no interfiere con la radiacin (es decir, la cantidad de radiacin emitida, absorbida o dispersada por el medio es insignificante), la tasa neta de transferencia de calor por radiacin entre estas dos superficies se determina a partir de

Para este caso especial, la emisividad y el rea de la superficie circundante no tiene ningn efecto en la transferencia neta de calor por radiacin.

7. D ejemplos de sustancias que son buenos conductores de calor.En condiciones ambiente:MaterialConductividad trmica (W/mK)

Diamante2300

Plata429

Cobre401

Oro317

Aluminio237

Hierro80.2

8. Explique por qu un abrigo no permite que la persona que lo usa sienta fro.Dificulta la interaccin trmica entre el cuerpo de la persona que lo usa y el aire que se encuentra a una temperatura menor que la de la persona y est en contacto con el abrigo. Funciona como un aislante, gracias a las porosidades que tiene el abrigo, las cuales estn llenas de aire a una temperatura, haciendo ms lento el equilibrio trmico de los tres sistemas (aire dentro del abrigo, la persona que lo usa y el aire exterior), adems de entorpecer el transito del aire externo al cuerpo de la persona.

9. Por qu se presenta la conveccin en los fluidos?Por las diferencias de densidad en estos a causa del aumento o disminucin de la temperatura de la parte del fluido que est en contacto con el slido. A mayor temperatura, menor densidad; y viceversa, a menor temperatura, mayor densidad.

10. Por qu no es conveniente hablar de la cantidad de calor contenido en un cuerpo?Porque puede interpretarse al calor como una sustancia que pueda contenerse en un cuerpo, como planteaba Antoine Lavoisier, que propuso su teora del calrico, en la que nos explicaba que dicha sustancia sin masa, inodora, incolora e inspida, al estar concentrada en mayor cantidad en algn cuerpo, causaba la sensacin de mayor temperatura en el, y poda transmitirse de un cuerpo a otro al estar en contacto los mismos, haciendo hincapi en que dicha interpretacin es errnea.