Conductividad de metales | Guías, Proyectos, Investigaciones de Calor y Transferencia de Masa

Resumen - La conductividad térmica es un

fenómeno fundamental en la física y química y

juega un papel crucial en nuestra vida cotidiana.

Los metales son materiales utilizados en diversas

aplicaciones, desde cables eléctricos hasta

componentes electrónicos, y su capacidad para

conducir el calor es esencial. La conductividad

térmica es la propiedad que tienen los metales

para permitir el flujo de calor a través de ellos.

Los metales se destacan por su habilidad para

transportar electrones de un átomo a otro con

gran eficiencia. Esta característica es clave en la

construcción de refrigerantes, dispositivos

electrónicos y sistemas de transmisión de

energía. Los factores influyen en la

conductividad de los metales, como la

temperatura, la impureza, la presión y la

deformación.

Palabras clave – Conducción, conductividad

térmica, difusividad térmica.

Objetivos – En la siguiente practica se buscará

lograr conocer cómo funciona la conductividad de

los metales, a través del experimento que se

mostrará más adelante. Mostrando los siguientes

objetivos:

• Medir la conductividad térmica. El objetivo

principal es determinar la conductividad

térmica de un metal o una aleación.

• Identificar factores que afectan la

conductividad.

I. INTRODUCCIÓN

La conductividad de los metales es un fenómeno

fundamental en el mundo de la física y la química, y

juega un papel crucial en nuestra vida cotidiana. Los

metales son materiales ampliamente utilizados en

diversas aplicaciones, desde cables eléctricos hasta

componentes de refrigerantes, y su capacidad para

conducir el calor es esencial para muchas de estas

aplicaciones.

En esta introducción, exploraremos en detalle el

concepto de conductividad en metales, examinando

los factores que la influyen, su relación con la

estructura atómica y cristalina de los metales, y las

aplicaciones prácticas de este fenómeno en nuestra

sociedad. La conductividad térmica es la propiedad

que tienen los metales de permitir el flujo de calor a

través de ellos. A diferencia de los aislantes, que se

caracterizan por ser malos conductores de calor.

Esta característica los convierte en elementos clave en

la construcción de sistemas de transmisión de energía..

Los metales están compuestos por átomos dispuestos

en una roja cristalina regular, lo que permite que los

electrones se muevan fácilmente a través del material.

La estructura de bandas electrónicas en los metales,

que surge de la superposición de los orbitales

atómicos, también desempeña un papel esencial en su

conductividad. Esta estructura permite que los

electrones se muevan en bandas energéticas, lo que les

confiere una movilidad única.

Conductividad de metales (Octubre de 2023)

Sánchez Fidel. 20090490, Gómez Casillas Mauricio. 21090318, Montes Mojica Gustavo.

21090342, Peralta Medrano Alberto Chanel 20090548, Ronces Lastra Luis Eduardo Jared.

C18090372, Vargas Sánchez Maetzy. 21090383.

Tecnológico Nacional de México campus Zacatepec. Departamento de Ingeniería Química y

Bioquímica. Asignatura: Fenómenos de transporte II.

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Resumen - La conductividad térmica es un fenómeno fundamental en la física y química y juega un papel crucial en nuestra vida cotidiana. Los metales son materiales utilizados en diversas aplicaciones, desde cables eléctricos hasta componentes electrónicos, y su capacidad para conducir el calor es esencial. La conductividad térmica es la propiedad que tienen los metales para permitir el flujo de calor a través de ellos. Los metales se destacan por su habilidad para transportar electrones de un átomo a otro con gran eficiencia. Esta característica es clave en la construcción de refrigerantes, dispositivos electrónicos y sistemas de transmisión de energía. Los factores influyen en la conductividad de los metales, como la temperatura, la impureza, la presión y la deformación. Palabras clave – Conducción, conductividad térmica, difusividad térmica. Objetivos – En la siguiente practica se buscará lograr conocer cómo funciona la conductividad de los metales, a través del experimento que se mostrará más adelante. Mostrando los siguientes objetivos:

Medir la conductividad térmica. El objetivo principal es determinar la conductividad térmica de un metal o una aleación.
Identificar factores que afectan la conductividad.

I. INTRODUCCIÓN

La conductividad de los metales es un fenómeno

fundamental en el mundo de la física y la química, y juega un papel crucial en nuestra vida cotidiana. Los metales son materiales ampliamente utilizados en diversas aplicaciones, desde cables eléctricos hasta componentes de refrigerantes, y su capacidad para conducir el calor es esencial para muchas de estas aplicaciones. En esta introducción, exploraremos en detalle el concepto de conductividad en metales, examinando los factores que la influyen, su relación con la estructura atómica y cristalina de los metales, y las aplicaciones prácticas de este fenómeno en nuestra sociedad. La conductividad térmica es la propiedad que tienen los metales de permitir el flujo de calor a través de ellos. A diferencia de los aislantes, que se caracterizan por ser malos conductores de calor. Esta característica los convierte en elementos clave en la construcción de sistemas de transmisión de energía.. Los metales están compuestos por átomos dispuestos en una roja cristalina regular, lo que permite que los electrones se muevan fácilmente a través del material. La estructura de bandas electrónicas en los metales, que surge de la superposición de los orbitales atómicos, también desempeña un papel esencial en su conductividad. Esta estructura permite que los electrones se muevan en bandas energéticas, lo que les confiere una movilidad única.

Conductividad de metales (Octubre de 2023)

Sánchez Fidel. 20090490 , Gómez Casillas Mauricio. 21090318 , Montes Mojica Gustavo. 21090342 , Peralta Medrano Alberto Chanel 20090548, Ronces Lastra Luis Eduardo Jared. C18090372, Vargas Sánchez Maetzy. 21090383. Tecnológico Nacional de México campus Zacatepec. Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica. Asignatura: Fenómenos de transporte II.

II. MARCO TEÓRICO

La conductividad térmica de un metal es la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto. Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(K·m). También se lo expresa en J/(s·°C·m). Es una magnitud intensiva y su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. Los valores experimentales de esta propiedad termofísica de transporte se usan en el diseño y simulación de cargas térmicas en edificios, en la operación de plantas y sistemas que utilizan energía, en la optimización o mejora del diseño de diversos componentes en las plantas de procesos industriales, en particular de equipos que involucran transferencia de calor por conducción. Para mejorar el cálculo de cargas térmicas para modelar el comportamiento térmico de edificaciones con fines de ahorro de energía, es necesario contar con los valores de las propiedades termofísicas; densidad, viscosidad, capacidad calorífica y conductividad térmica. Actualmente en México no existen datos publicados de los materiales que se fabrican y utilizan en el país, por lo que se opta por tomar los resultados reportados en la literatura, cuyos valores, en su mayoría, no corresponden a los materiales mexicanos. El movimiento/agilidad de las partículas aumenta con el aumento de la temperatura. Veamos si la conductividad del hierro también se ve afectada por la temperatura. La conductividad del hierro disminuye con el aumento de la temperatura porque la resistencia del material siempre aumenta con la temperatura y no permite el flujo de cargas a través del conductor a medida que aumenta la velocidad térmica de las cargas. Los electrones libres se vuelven más ágiles con la energía térmica adquirida, moviéndose al azar, bloqueando el camino del flujo de corriente/eléctrico a través del conductor. Dado que la conductividad está inversamente relacionada con la resistividad, la conductividad del hierro disminuye con el aumento de la temperatura/energía térmica. El cobre es uno de los más antiguos materiales conocidos. Su ductilidad y conductividad eléctrica fueron explotadas en los primeros experimentos con la electricidad por investigadores como Ben Franklin y Michael Faraday. A pesar de que el cobre tenga una historia más larga y antigua por ser el material elegido para la conductividad eléctrica, el aluminio posee ciertas ventajas que lo hacen más atractivo para algunas aplicaciones específicas. El aluminio tiene solo el 60% de la conductividad del cobre, pero solo el 30% de su peso. Eso significa que un cable pelado de aluminio pesa la mitad que uno de cobre con la misma resistencia eléctrica. Eso, unido a que su precio por unidad de peso es una tercera parte, explica que el aluminio sea en muchas ocasiones el material escogido para secciones medianas. Los conductores de aluminio están compuestos por diferentes aleaciones conocidas como las series AA-1350 y AA-8000. La serie AA-1350 tiene un contenido mínimo de aluminio del 99.5%. El latón es una aleación compuesta principalmente de cobre y zinc, en proporción aproximada de 60% de cobre y 40% de zinc. Es una aleación con unas características que lo hacen muy versátil. Tiene buena conductividad térmica, de 119,4 W/m*K a 20ºC; su temperatura de fusión (980ºC) es inferior a la del hierro, los aceros, el bronce y el cobre puro. Se puede fundir piezas de latón mediante:

moldes de arena.
moldes metálicos o coquillas.
por gravedad.
a través de máquinas inyectoras a presión.
a la cera perdida para piezas de geometrías complejas, método usado en aplicaciones de bisutería La conductividad térmica del acero se sitúa alrededor de 45 vatios por metro kelvin. Gracias a sus propiedades y características técnicas, este material es una de las mejores opciones para construir componentes estructurales. Tal y como hemos mencionado anteriormente, las propiedades térmicas hacen referencia a la reacción que pueden presentar los materiales ante los cambios de temperatura experimentados, así como ante la aplicación del calor que puedan llegar a sufrir. A medida que un sólido absorbe energía en forma de calor, tanto su temperatura como sus dimensiones aumentan. Ahora bien, la reacción variará en función del material del que se trate, ya que no todos se comportan de la misma manera frente a este tipo de situaciones.

Fig. 3. Tabla de referencia de conductividades térmicas de metales. Fig. 4. Tabla de conductividades térmica del Yunus A. Cengel. (Tabla de referencia). Fig. 5. Tabla de conductividades térmicas (Tabla de referencia).

V. CONCLUSIONES

En conclusión, este análisis de la tabla de tiempos de fusión de cera en diferentes metales y su correlación con la temperatura arroja luz sobre la importancia de la elección del material en los procesos de conducción de calor. Los resultados resaltan que la elección del metal desempeña un papel fundamental en la velocidad de fusión de la cera, con el cobre, el aluminio y el latón mostrando tiempos de fusión más cortos debido a su mayor conductividad térmica, lo que permite una transferencia de calor eficiente. Por otro lado, los metales como el hierro y el acero exhiben tiempos de fusión significativamente más largos, lo que sugiere una menor eficiencia en la transferencia de calor. Si bien la temperatura también tiene un impacto, la influencia de la composición del metal es clara y dominante en estos resultados. Estos hallazgos son de relevancia práctica en la industria y el diseño, ya que la elección del metal adecuado puede afectar drásticamente la eficiencia de los procesos que involucran fusión o calentamiento. Comprender cómo los diferentes metales interactúan con la temperatura es esencial para tomar decisiones informadas en la selección de materiales y optimizar los procedimientos en diversas aplicaciones. REFERENCIAS. [1] Fuente: OpenStax - Física Universitaria Vol. 2 [2] Fuente: 1Library.Co - Marco Teórico de la transferencia de calor [3] Fuente: Çengel, Y. A., & Ghajar, A. J. (2014). Heat and mass transfer: fundamentals and applications (5th ed.). New York: McGraw-Hill. [4] Fuente: Incropera, F. P., & DeWitt, D. P. (2002). Fundamentals of heat and mass transfer (5th ed.). New York: Wiley.

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I. INTRODUCCIÓN

La conductividad de los metales es un fenómeno

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II. MARCO TEÓRICO

V. CONCLUSIONES