Universidad de Costa Rica Informe de Laboratorio #8Escuela de Física Estudiantes:Laboratorio Física General II FS-0311Asistente: Joshua Castro

Fecha: 11 de Octubre de 2012

Conductividad térmica

Tabla 1: Datos experimentales. Conductividad térmica de materiales

Variable Masonita Madera Lexan Fibra Cemento VidrioEspesor L (m) ±0.005 0.6500 0.6600 0.6200 0.9900 0.5900Diámetro Inicial (m)±0.005 0.0813 0.0765 0.0838 0.0758 0.0735Diámetro Final (m)±0.005 0.0765 0.0759 0.0813 0.0735 0.0721Diámetro Prom (m)±0.005 0.7890 0.0762 0.0826 0.0746 0.0728Área A (m2) 0.4889 0.4554 0.5390 0.4370 0.4162Tiempo tasa de fusión ambiente (s)

600 600 600 600 600

Masa tasa de fusión ambiente(kg) 0.0219 0.0219 0.0219 0.0219 0.0219Tiempo tasa de fusión vapor(s) 600 600 600 600 600Masa tasa de fusión vapor(kg) 0.0407 0.0385 0.0517 0.0377 0.1094

En esta tabla se ven los resultados del experimento con los bloques de hielo cilíndricos y los diferentes tipos de materiales a los cuales se les quiere encontrar su coeficiente de conductividad térmica experimental. Se usó la misma tasa de fusión ambiente en todos para poder hacer los experimentos más rápido y no tener que esperar a que se enfriara la cámara de vapor y además deberían de ser todos iguales puesto que la temperatura ambiente no tuvo variación.

Tabla 2.Calculo de los coeficientes de conductividad térmica de los materiales

Material Masonita Madera Lexan Fibra Cemento VidrioR 3.14E-05 2.77E-05 4.96E-05 2.64E-05 1.46E-04

K experimental 0.1435 0.1383 0.1963 0.2056 0.7115K teórico 0.047 0.11 0.19 0.43 0.72

% de error 7.6923 6.3600 0.1204 52.1828 1.1807

En esta tabla se ven los resultados de los cálculos correspondientes para sacar el coeficiente de conducción térmica de cada uno de los materiales de la práctica con su respectivo porcentaje de error.

Cálculos.

Para el cálculo del diámetro promedio presente en la tabla 1, se utiliza la siguiente ecuación:

d= (d1+d2)/2

Para el cálculo del área presente en la tabla 2 e utiliza la siguiente ecuación:

A= π/4*d2

Para el cálculo del porcentaje de error presente en la tabla 1, se utilizó la siguiente fórmula:

% error= (v teórico-v experimental)/ v teórico*100

Para el cálculo del gradiente de la temperatura de fusión presente en la tabla 2 se utiliza la siguiente fórmula:

R=R camarade vapor−Rambiente

Para el cálculo de la conductividad térmica presente en la tabla 2, se sigue la siguiente ecuación:

K= R*h*L/A*∆T

Análisis de los resultados:

En la tabla 1 se ve muy claro como el material que conduce mejor el calor es el vidrio por mucho. Se derritió muchísima cantidad más de hielo que en los demás por lo cual su coeficiente de conducción experimental dio muy grande, lo cual concuerda con lo teórico dándonos una idea de la fiabilidad de nuestro experimento.

En cambio los demás materiales tuvieron coeficiente de conducción pequeños, esto se podría decir puesto que son no metales entonces tienen pocos electrones libres que ayuden a la trasferencia de calor. Por ende podemos decir que serían buenos candidatos a ser aislantes. Todos estos resultados experimentales son muy parecidos a los teóricos lo cual podemos decir que el experimento fue bastante bueno y que no fue afectado por agentes externos o errores en la medición ni en los materiales o instrumentos utilizados.

Pero en el caso de la fibra de cemento el error entre el experimento y la teoría es bastante grande por lo cual podríamos especular que la fuente del error es que el material es diferente a lo que plantea la teoría o tal vez un pequeño traspié en todas las repeticiones. Por ejemplo que se haya regado el hielo derretido u otro error que se nos escapó de las manos.

Cuestionario.

Preguntas:

1. Demuestre que las unidades de la conductividad térmica son las mismas que las de la tabla 1.

Mediante un simple análisis dimensional se llega esta conclusión, todos los valores se cancelan por ellos mismos y solo quedan los de la constante watts, metros y grados Celsius o Kelvin puesto que es una diferencia de temperatura.

2. ¿Por qué es recomendable no quitar el recipiente del hielo mientras este se funde?

Sucede que este va a ser manipulado para medirlo y también puede recibir calor de afuera que daría error. Es más que todo para dar resultados más precisos.

3. ¿Por qué se mide el diámetro de la parte inferior del bloque de hielo y no en su parte superior e incluso en el centro?

La parte de abajo es la que están en contacto con el material al cual se le quiere estudiar por lo cual si se mide más arriba puede dar un error diciendo que se derritió menos de lo que es en realidad

4. A nivel industrial qué importancia tiene el saber si un material es buen o mal conductor del calor

Para producir aislantes o al contrario conductores de calor para poder hacer productos como guantes de cocina, uniformes para bomberos, cocinas, ollas de cocinar etc.

5. ¿ Por qué se dice que los metales son buenos conductores del calor?

Pues porque tienen un coeficiente de conducción muy alto puesto que los metales tiene mayor cantidad de electrones libres y los hacen tener una gran capacidad para conducir ese calor. Es por eso que vemos ollas de acero y no de madera.

Conclusiones

La conductividad térmica es importante a nivel industrial para aplicaciones de aislantes y conductores térmicos.

El vidrio es un buen conductor de calor mientras que la madera, masonita, lexan y fibra de cemento son aislantes.

Es importante tener cuidado en el laboratorio cuando se hacen experimentos que involucren fuentes de calor puesto que pueden causar quemaduras o errores en las mediciones

Es importante estar muy atentos en los experimentos puesto que un pequeño error puede poner en cuestión nuestros resultados o arruinarlos del todo.

Los metales son buenos conductores por los electrones libres que poseen, entonces mientras más electrones libres mejor conductor será y viceversa.

Bibliografía

Figueroa, R. Manual de Laboratorio de Física General II. Escuela de Física. Universidad de Costa Rica.