Laboratorio de conducción y convección – varillas metálicas, paredes por capas, corrientes de convección
FísicaFísica térmica y gasesEdades 17–18
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Inicia sesión para usarTres experimentos virtuales sobre transferencia de calor. A: calienta un extremo de una varilla (cobre, aluminio, latón, hierro, acero o vidrio), cronometra la caída de las chinchetas sujetas con cera y observa el perfil de temperatura y el calor que entra y sale hasta el estado estacionario P = kAΔT/L. B: una pared de hasta tres capas en serie, con resistencia térmica R = e/(λA), flujo de calor Φ = ΔT/R y la temperatura en cada interfaz. C: corrientes de convección en un vaso de agua con un cristal de permanganato de potasio y en una caja de humo con una vela, midiendo cuánto tarda el colorante o el humo en dar la vuelta.
Lección: Conducción térmica (ley de Fourier, resistencia térmica) y convección
Qué muestra
La conducción transmite energía a través de un sólido porque las partículas vibran y, en los metales, porque se mueven los electrones libres; la potencia que atraviesa una barra o una placa es P = kAΔT/L (ley de Fourier), así que los buenos conductores tienen una conductividad térmica k grande. Las capas en serie suman sus resistencias térmicas R = L/(kA), igual que las resistencias de un circuito. En un fluido, las zonas calientes se dilatan, son menos densas y suben, mientras el fluido frío baja: es una corriente de convección.
Cómo usarla
En A. Conducción en una varilla, elige el Material, pulsa Empezar a calentar y anota cuándo cae cada chincheta; usa Nueva medida para comparar materiales, Longitud L o Diámetro d, y desmarca Varilla aislada para ver las pérdidas laterales. En B. Pared por capas, elige cada capa y su espesor. En C. Convección, pulsa Encender mechero y Echar cristal de KMnO₄, o cambia el Fluido a la caja de humo y pulsa Encender vela y Poner papel humeante.
Parámetros que puedes cambiar
- Experimento A. Conducción en una varilla, B. Pared por capas, C. Convección
- Material de la varilla Cobre, Aluminio, Latón, Hierro, Acero inoxidable, Vidrio
- Longitud de la varilla 20–50 cm
- Diámetro de la varilla 0,5–3 cm
- Temperatura del extremo caliente 40–100 °C
- Varilla aislada
- Espesor de la capa 2 de la pared (aislante) 0–30 cm
- Fluido Agua en un vaso, Aire en una caja de humo
- Posición de la fuente de calor Izquierda, Centro, Derecha
- Potencia de la fuente de calor 20–200 W
Preguntas para explorar
- ¿Por qué cae primero la chincheta a 5 cm y por qué algunas no caen nunca?
- ¿Por qué, en el estado estacionario, el calor que sale de la varilla es igual al que entra?
- ¿Por qué el colorante morado sube sobre la llama y baja por el otro lado del vaso?
