Conductivity
03 May, 2013
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PDFAbility to conduct
PRESENTATION: A material’s capacity to conduct heat is defined, among other magnitudes, by its thermal conductivity. The ease or difficulty a material has to modify its temperature by means of heat transfer is directly related to this as can be seen in numerous daily phenomena.
- Interactive Heat Transfer Simulations for Everyone, Charles Xie, Phys. Teach. 50, 237 (2012)
- Why Do Objects Cool More Rapidly in Water Than in Still Air?, Craig F. Bohren, Phys. Teach. 49, 550 (2011)
INTRODUCTION: Thermal conductivity is a physical property of materials that measures their capacity to conduct heat or, in other words, the capacity of a substance to transfer the kinetic energy of its molecules to other adjacent molecules or to substances it is in contact with. The phenomenon of thermal conductivity is not only seen in metals, as we shall see below.
OBJECTIVE: To check the thermal conductivity of steel and copper.
MATERIALS: copper wire (antenna cable), steel wire (paper clip), three corks, two candles, balloons.
SETUP: We cut a cork down the middle to hold the ends of the wires. The other two corks will have the wires going through them to keep the wires horizontal. Some small balls of wax are stuck onto each wire (3 or 4 balls). We fill the two balloons, one with water and the other with air. The candle is lit using the lighter. When the balloon full of air is moved closer to the flame, it pops immediately, but when the balloon filled with water is moved closer to the flame, we see that it does not explode.
EXPLANATION: The reason the balls of wax fall off the copper wire before the steel one is due to, among other magnitudes, the thermal conductivity of the materials. It is high in metals (higher in copper) and low in polymers or special materials. At the same time, when the flame approaches a air-filled balloon it makes its temperature rise quickly and that makes it pop. When a water-filled balloon approaches the flame, the temperature of the balloon and the water goes up slowly, taking longer to heat up and stopping the balloon from getting too hot and popping.
CONCEPTS: Thermal conductivity, heat capacity, heat, temperature, thermal resistance.
MORE INFORMATION:
TEXTS
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología, Reverté, 2012.
- D.C. Giancoli, Física para Ciencias e Ingeniería, Pearson, 2009.
- D. Halliday, R. Resnick y J. Walker, Fundamentos de Física. CECSA, 2001.
STUDENTS 2011-2012: Miguel Ángel González, Vicente Domínguez
LINK pdf STUDENTS (In Spanish):
84 responses to "Conductivity"
Me parece ejemplo muy visual para comprender la diferencia de la conductividad térmica entre distintos materiales. Este otro vídeo, es un ejemplo similar para ver igualmente la conductividad pero de una manera distinta.
Me parece muy adecuado el vídeo de la experiencia para llevar a cabo en una clase, ya que no requiere de materiales difíciles de encontrar y el montaje es sencillo. Además es una forma fácil de visualizar la conductividad térmica de los materiales y hacerles comprender que los objetos se hacen de un material u otro dependiendo de sus propiedades, no son elegidos al azar.
Existen múltiples ejemplos en los que se emplea la conductividad térmica de los metales, como es la construcción de radiadores o en instrumentos de cocina como los fondos de las sartenes y ollas. Otro ejemplo, lo constituyen los disipadores de calor de los ordenadores. Normalmente diseñados en cobre o aluminio sobre el microprocesador, porque este genera mucho calor que si no es refrigerado se puede quemar. Sobre el disipador tiene un ventilador para enfriar el metal, y éste al estar sobre el microprocesador, transfiere el calor de la parte caliente al aire.
Me parece un video muy acertado para explicar la conductividad térmica y la transmisión de calor por conducción. Es muy ilustrativo, ya que la vela (foco térmico) solo esta en contacto en 1 punto. Sería interesante enmarcalo en la transmisión de calor y explicar de este modo la conducción.
Ademais deste experimento, tamén me fixei no que o autor cita no seu pdf. Parécenme os dous moi ilustrativos e didácticos á hora de explicar a conductividade térmica en diferentes materias. No caso do segundo, no que o globo non explota gracias á auga. Foi un experimento que se fixo ao grande no programa de “El hormiguero”, onde intentaron explotar unha bola con auga cunha fogueira.
Me parece un experimento sencillo y muy adecuado para explicar el distinto grado de transferencia del calor de los distintos materiales.
Añado un vídeo en el que explica la sensación de frío-calor al tocar diferentes objetos. Me pareció algo muy curioso la primera vez que me lo explicaron que cuando tocas diferentes objetos, estos se encuentran a la misma temperatura pero la sensación térmica que provocan en el usuario es distinta, dependiendo ésta de la capacidad de conductividad térmica del objeto.
+info
¿Por qué unos materiales tienen diferente conductividad a otros? En el siguiente enlace se explica cómo en los metales la conductividad térmica varía de manera similar a la conductividad eléctrica, ya que los electrones transportan no sólo corriente eléctrica sino también energía electrónica. En el caso de los no metales, la conductividad depende más de otros factores como las vibraciones de red.
Por cierto, en el anterior enlace también se incluye una tabla con las conductividades térmicas de diferentes materiales de la vida cotidiana, y creo que esa información entra en conflicto con el resultado del experimento del segundo vídeo: según el vídeo, el cobre tiene menos conductividad térmica que níquel, hierro y aluminio; y según dicha tabla el cobre tiene más conductividad térmica que los otros tres metales…
Tal y como demuestra este experimento, la conductividad térmica es una propiedad específica de cada material. Hasta hace poco se creía que el diamante era el material con mayor conductividad térmica, sin embargo, se ha descubierto que el arseniuro de boro podría superarlo. En este vídeo se puede observar otro experimento para demostrar la diferencia de conductividad térmica entre el aire y el agua.
En el caso de los metales, la conductividad térmica está muy relacionada con la conductividad eléctrica, de forma que los mejores conductores térmicos suelen ser también los mejores conductores eléctricos. Este fenómeno es explicado por la Ley de la conductividad de Wiedemann-Franz, y se basa en que tanto en el transporte calorífico como el eléctrico, están implicados los electrones libres del metal.
La conductividad del calor entre diferentes materiales y la rapidez con la que ésta se produce es la base de diferentes procesos industriales. Por ejemplo, en el sector de la automoción es importante la conductividad del calor que se produce en el intercooler, con el fin de conservar la masa de aire comprimida para ser utilizada en el turbo. De ahí que dichos componentes estén fabricados de materiales conductores que a su vez son resistentes a la corrosión, al estar en contacto con diferentes medios. Se puede observar una explicación de este hecho en el siguiente vídeo.
En el vídeo se observa de manera gráfica la conductividad de distintos metales. Como dice Mercedes la conductividad térmica está relacionada conductividad eléctrica y esta a una temperatura determinaban es proporcional , pero aumentando la temperatura, aumenta la conductividad térmica mientras disminuye la conductividad eléctrica.
Los dos vídeos me parecen buenos. En el segundo, donde se presentan varios metales simultaneamente, es una manera muy sencilla de que comparen las distintas conductividades y comprobar que concuerdan con los datos teóricos.
Montaje sencillo para los institutos de bajo presupuesto, y para evidenciar con muchos materiales las diferentes conductividades que tienen, y aun me atreveria a relacionarlo con la explicación del enlace metálico.
Una experiencia muy sencilla es utilizar dos termómetros que nos servirán para medir la velocidad con la que se transfiere el calor, para ello los cogemos rodeándolos con los dedos y asegurándonos que ambos están a la misma temperatura. Podemos estudiar la influencia del tipo de material, para ello utilizamos tiras rectangulares iguales de distintos materiales rodeando los termómetros y podemos observar en cual de ellos asciende la temperatura más rápidamente. Para enfriarlos los ponemos en contacto con la ventana de aluminio del laboratorio. Podemos también la influencia de espesor de la lámina y también la influencia del área de la misma.
A conductividade térmica é unha característica que posúen os metais que se deriva da mobilidade que teñen os electróns dos átomos unidos mediante o enlace químico que denominamos metálico. Non todos os metais conducen a calor de igual forma ou coa mesma facilidade. Grazas as dúas experiencias que se mostran nos anteriores vídeos podemos observar como os distintos metais empregados transmiten a calor a diferentes velocidades. Paréceme moi enxeñosa a idea de pegar anaquiños de cera ao longo do metal para comprobar como se derreten cando aumenta a temperatura do fío de metal debido á calor que se propaga dende as velas. Hai que dicir que da segunda parte do experimento que se comenta, onde se demostraría a diferenza entre a capacidade calorífica do aire e a da auga, non se aporta ningún vídeo. No seguinte enlace si se pode observar o que lles ocorre aos globos. Esta experiencia supón unha oportunidade para exemplificar a gran capacidade de absorción de calor da auga, propiedade vital para os seres vivos. Ambos experimentos resultan moi apropiados para realizar na aula.
Este é o enlace que comentaba.
Moi sinxelo e moi interesante. Fácil para presentalo na aula e moi doado de elaborar polos propios alumnos. É o tipo de actividade manipulativa que se pode realizar en calquera momento xa que non se precisan materias complicados e non leva moito tempo… así que perfecta!
Enxeñoso e sinxelo. Axuda a comprender o concepto de condución de calor e a diferente coductividade dos distintos materiais. Paréceme interesante engadir algún material non metálico á experiencia, como unha variña de vidro.
No hay una contradicción entre los dos videos?
La conductividad térmica del cobre es casi cinco veces mayor que la del hierro, el segundo vídeo efectivamente da entender lo contrario…
Es una observación interesante; yo no me había fijado. La demostración en el segundo video parece muy poco científica para mi gusto. En primer lugar, en el primer video 6 bolitas de cera se colocaron uniformemente a lo largo de los alambres. El uso de 6 puntos me parece buena manera de reducir errores humanos, ya que si se cayera una antes de que debería (en teoría), hay 5 más con los cuales comparar y repetir el experimento, empleando metodologías más precisas. El segundo video solo utilizó una bolita de mantequilla, aumentando la posibilidad de errores. En segundo lugar, creo que el material escogido para derretir también podría tener un papel importante. El primer experimento usó cera, lo cual generalmente requiere más calor directo para derretir completamente que la mantequilla. Además, las bolitas de cera fueron pegadas a los alambres en vez de colocadas encima como con la mantequilla. Sospecho que la colocación de la cantidad pequeña de mantequilla encima de los alambres puede haber causado la irregularidad de su colocación, que las hace propensas a caer más fácilmente. Me gustaría ver el segundo experimento repetido con algunos de los métodos utilizados en el primer video.
No caso da condutividade eléctrica, existe unha relación entre esta e a salinidade dunha mostra de auga. De feito, para calcular a salinidade moitas veces emprégase un condutímetro, xa que nos dará unha idea aproximada da súa salinidade (tendo en conta que tamén varía coa temperatura e a presión, tal e como se explica aquí). Se o centro dispón dun condutímetro pódeselle propoñer aos alumnos que midan a condutividade de diversas mostras de auga procedentes de distintos lugares (chuvia, billa, río, mar…), ou mesmo, como vai variando a salinidade nun río conforme se vai achegando á súa foz. Nestrouta ligazón aparecen distintos valores típicos de condutividade.
La transferencia de calor por conducción, consiste en la transferencia de energía dentro de un material, sin ningún tipo de movimiento del material en su conjunto. La tasa de transferencia de calor depende del gradiente de temperatura y la conductividad térmica del material. Con las experiencias que se observan en los vídeos se puede comprobar fácilmente la conductividad térmica de diferentes metales. Los datos numéricos de estas conductividades se pueden comprobar en la siguiente página.
En la red, además, se puede encontrar material didáctico muy interesante para utilizar en el aula, como el siguiente pdf.
Esta actividad manipulativa resulta de gran interés para ilustrar el concepto de conductividad térmica, tanto al alumnado de la ESO como al de bachillerato. Se trata de un experimento muy visual que permite que los estudiantes observen como se trasmite el calor por los materiales, fenómeno que no es percibido por el ojo humano. El hecho de colocar trocitos de vela sobre los hilos hace que el alumnado pueda percibir que es lo que está ocurriendo en dichos hilos. Asimismo, al utilizar hilos de materiales que tienen distinta conductividad térmica, los estudiantes pueden observar como la conductividad térmica depende del material del que está constituido el hilo. En este sentido, esta actividad manipulativa explica el motivo por el cual determinados elementos u objetos son construidos específicamente con unos materiales determinados y no con otros. Es un experimento simple y económico, ya que se puede realizar con materiales caseros de forma sencilla. Por lo tanto, su realización no implica una importante inversión de dinero. Una sugerencia podría ser utilizar mantequilla en lugar de cera, tal y como se puede observar en el segundo video. Además, os dejo otra actividad manipulativa que permite completar el concepto de conductividad térmica. Espero que os sea de utilidad.
La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que describe el transporte de energía en forma de calor a través de un cuerpo como resultado de un gradiente térmico. La conductividad térmica varía en función al tipo de material y en este experimento se compara el acero con el cobre. Me parece un buen experimento puesto que es muy representativo y explica a la perfección esta propiedad física de la materia y además se utiliza material sencillo y poco costoso. En este enlace se muestra un experimento muy semejante a este en el que se varían algunos materiales.
Es importante que los alumnos entiendan este concepto pues es algo que afecta a su vida cotidiana por ejemplo en el caso de la cubertería con mangos de madera que se hace para romper la conducción del calor y no quemarnos al coger el cubierto.
Me ha gustado mucho este experimento, me parece muy apropiado para estudiantes de educación secundaria. Es una actividad muy visual y realmente fácil de desarrollar en el aula donde los alumnos pueden observar de manera directa lo que ocurre. Además van a poder experimentarlo con una gran variedad de materiales diferentes, lo que puede dar mucho juego en el aula para que ellos propongan que material les gustaría probar y realizar juegos, en plan apuestas, de que material creen ellos que conduce más rápidamente el calor. Además, sería interesante enlazar este concepto con el de conductividad eléctrica con experimentos similares.
Esta actividad manipulativa me parece muy acertada para realizar en 4º de ESO. Aunque pueda parecer sencilla, dado que los materiales son fáciles de encontrar y la explicación podría resumirse en una frase, permite despertar la curiosidad sobre el efecto del calor sobre los cuerpos y así iniciar los contenidos B5.2 y B5.4 del bloque 5 (a enerxía) de física y química de una manera motivadora para el alumnado.
Pueden emplearse hilos de distintos materiales y además de estudiar la conductividad térmica y propiedades físicas de los mismos, realizar una investigación sobre las propiedades químicas de cada uno y como estas afectan o interactúan con los resultados térmicos que se observan.
Creo que experiencia resulta de muy fácil aplicación y presenta ventajas a la hora de llevar la teoría a la práctica. Esta experiencia se puede aplicar en 4º de ESO y en los dos cursos de Bachillerato, ya que se establece en el curriculum educativo de estos niveles. Dicha experiencia permitiría la introducción de contenidos que permitan a los alumnos establecer relaciones entre conceptos sobre los formas de intercambio de energía como el trabajo y el calor o los efectos del calor sobre los cuerpos, permitiendo que los estudiantes puedan describir de una forma sencilla las transformaciones que experimentan los cuerpos al adquirir o perder energía, etc. En el siguiente enlace, del portal educativo FISICALAB, se hace una muy buena y breve descripción apoyada con ilustraciones sobre la conductividad.
Explicación muy visual y sencilla de entender para dominar el concepto de conductividad térmica. Otra alternativa en la que se puede aplicar el concepto de conductividad térmica es la realización de un experimento en el que sobre una vela encendida se coloque un colador metálico relleno de tiras de papel. Durante ese experimento se puede llegar a observa cómo a pesar de estar el papel sobre la llama, éste no arde. Esto es debido a que para que el papel llegue a quemarse, debe alcanzar una temperatura de 233ºC aproximadamente mientras que por otro lado, la elevada conductividad térmica del colador impide que el papel logre dicha temperatura necesaria para arder.
Fantástico vídeo para ilustrar o concepto de conductividade térmica comparada entre diferentes materiais: aluminio, latón, níquel, ferro, cobre e aceiro inoxidable. Este concepto cobra grande importancia na bioloxía nos programas de reintroducción de especies de aves xa que ó instalar caixas aniñadeiras, estas teñen que ser de materiais que non posúan grande conductividade térmica como é o caso da madeira. Se instalásemos unha caixa de metal, o fracaso estaría garantido.
Esta es una práctica muy fácil y sencilla para explicar a los alumnos, y que ellos visualicen, la diferente conductividad térmica de los metales. Además, con la experiencia del globo se puede introducir el concepto de capacidad calorífica. Para esto último, sirve también la experiencia mostrada en otro de los proyectos de este blog.
Experimentos muy sencillos para explicar a los alumnos la capacidad de conducción térmica de distintos materiales. Los sólidos metálicos son buenos conductores térmicos, es decir, transfieren calor fácilmente; sin embargo, existen materiales que actúan como malos conductores y que pueden ser utilizados como aislantes térmicos. Otro ejercicio sencillo para explicar estos dos conceptos sería introducir agua caliente (a igual temperatura) en tres vasos de vidrio, uno sin aislar, otro recubierto de poliestireno expandido y un último situado dentro de un vaso tipo Dewar. Al cabo de varios minutos, si se observan los vasos con una cámara termográfica se podrá ver la resistencia que presenta cada uno de los materiales al paso del calor. Por ejemplo, el vaso Dewar actúa como un buen aislante térmico al reducir la transferencia de energía y mantener la temperatura del agua caliente durante más tiempo.
Los conceptos de temperatura, calor, conducción…son de los más complejos de entender para los alumnos de Educación Secundaria. Existen numerosos artículos que exploran esta temática y describen experiencias y metodologías en casos prácticos que se han llevado a cabo en el aula. En este sentido me parece muy interesante el caso descrito por Schönborn, Haglund & Xie en el que utilizan cámaras termográficas para facilitar la comprensión de conceptos relacionados con calor y temperatura, con alumnos de 12 y 13 años. El artículo se titula: “Pupils’ early explorations of thermoimaging to interpret heat and temperature”
Tal como se ya han comentado, estos conceptos que para algunos parecen sencillos de entender, son de los que más cuesta entender a los alumnos de secundaria. Muchos avanzan cursos sin tener claro la diferencia entre calor y temperatura, o un material conductor y aislante. Este tipo de actividades junto con el uso de las cámaras termográficas pueden ayudar a que esto cambie.
É unha actividade moi ilustrativa. Chámame a atención como o aluminio, tan usado fai anos como material barato para portas e ventás é tan ineficaz térmicamente. Tamén me chama a atención o latón, que é a aleación máis empregada na fontanería e fabricación de instrumentos de vento pola baixa interación coa auga, así como polo seu baixo prezo, me pregunto se realmente as súas características de condutividade térmica son as máis axeitadas para estas tarefas…
Es interesante utilizar este tipo de demostraciones para complementar las explicaciones teóricas impartidas en el aula, algo que les ayudará además de a entenderlo, a comprenderlo, ya que la transmisión de calor es un fenómeno que no se puede apreciar visualmente a no ser que se realicen experimentos de este tipo. Concretamente la actividad presentada me parece muy adecuada para llevarlo a cabo en una clase, ya que los materiales se pueden conseguir fácilmente, a un bajo coste y el montaje es sencillo. Así podrán observar las diferentes conductividades de los materiales.
Este fenómeno se da en muchas situaciones de la vida cotidiana, por lo que me parecería interesante plantear al alumnado la siguiente pregunta: ¿Por qué los metales se sienten más fríos en el invierno y más calientes en el verano?
Los materiales con una mayor constante de conductividad térmica (como los metales) conducen bien el calor en ambas direcciones; hacia adentro o hacia afuera del material. Si tu piel entra en contacto con un metal que está a una temperatura más baja, este absorbe rápidamente energía térmica de tu mano y se siente particularmente frío. Similarmente, si el metal está más caliente que tu mano, éste le transfiere calor rápidamente y se siente particularmente caliente.
Estupenda demostración de las diferencias que existen entre materiales en términos de conductividad. Está claro que las intervenciones de este tipo resultan las más instructivas para los chavales. En el siguiente enlace se muestran experimentos sobre energía para hacer con niños, que se pueden hacer no solamente en clases, si no también en casa.
Este tipo de experiencias son geniales para que los alumnos puedan visualizar conceptos que a priori son abstractos.
Es fácil y asequible.
Como se indica na presentación do experimento, a capacidade de conducir calor dun material vén definida pola súa conductividade térmica. A facilidade ou dificultade dun material para modificar a súa temperatura mediante unha transferencia de calor está directamente relacionada con ela como fácilmente pode observarse en innumerables fenómenos. Un exemplo disto é un experimento realizado por Mayén et al. (2014), cuxo obxectivo era predicir as propiedades térmicas de aceros microaleados experimentais de alta resistencia, mediante o uso de redes neuronais artificiais. É dicir, propúxose a implementación de dúas redes neuronais artificiais (ARNs) como ferramentas para estimar ou predicir a conductividade térmica e capacidade calorífica en función da composición química e temperatura de tres aceros microaleados experimentais de alta resistencia. Mediante esta proba das redes, observouse que ditos ARNs son capaces de predecir as propiedades térmicas de calquer acero que esté dentro dos límites de composición química e temperatura. Con esta información, poderíase realizar o deseño e análisis de procesos onde se involucren fenómenos de tranferencia de calor.
Artigo mencionado:
Mayén, J., Serna, S., Flores, O., Martínez, E. L., & Campillo, B. (2014). Predicción de propiedades térmicas de aceros microaleados experimentales de alta resistencia mediante el uso de redes neuronales artificiales. Revista Colombiana de Materiales, (5), 47-52.
Moi bo video que amosa a conductividade térmica de diferentes materiais. A conductivade térmica explica tamén porque sentimos algúns materiais mais fríos que outros ó tocalos. Cando tocamos un material a unha temperatura diferente á nosa, prodúcese un intercambio de calor que dependerá da diferencia de temperatura entre ambos corpos. Se o material que estamos a tocar é un bo conductor térmico “notaremos” máis frio. Porén, se o material é mal conductor térmico ó tocalo non apreciaremos casi diferenza de temperatura. Un bo exemplo é colocar dous cubitos de xeo do mesmo tamaño en dúas superficies distintas. Por exemplo, sobre unha lámina de aluminio e unha de madeira. Pasado o tempo, o cubito de xeo que se atopa sobre a lámina de aluminio derretirase máis rápido que o que se atopa na de madeira. Isto é debido a que o aluminio é mellor conductor térmico e “conduce o frío” ó longo da lámina máis fácilmente que a madeira.
Que boa idea!! O experimento deo cubito de xeo en distintas superfices é súpersinxelo e pero aporta moitísima información!!!
Pódese aproveitar o experimento para introducir termos teóricos como parede adiabática e parede diatérmica.
Como bien explica la introducción y los vídeos, muy ilustrativos, la conductividad térmica de un material es la capacidad que tiene para transferir energía cinética de un lugar a otro mediante “vehículos” de energía. Es decir, en fase gas, las moléculas gaseosas portan energía mediante difusión (movimiento aleatorio) o advección (movimiento medio de las moléculas hacia una dirección). En líquidos, este transporte es también por difusión o advección, mientras que, en sólidos, son los fonones, electrones o fotones los que transportan energía. Existen hoy en día muchos materiales que se están utilizando para explotar esta capacidad. Como son, por ejemplo, las cerámicas y los polímeros. La nanotecnología tiene aquí un papel muy importante también, pues al hacer a escala nanométrica ciertos compuestos, se incrementan las capacidades termales, como, por ejemplo, los nanotubos de carbono (CNT) y el grafeno. Los CNT son una hoja de átomos de carbono (grafeno) enrollada en forma de cilindro. De hecho, los nanotubos de carbono tienen 15 veces más capacidad térmica que el cobre, debido a su pequeño tamaño (el diámetro es de 14 nm, mientras que la longitud, puede ser desde 10 nm hasta varias micras). Incluso estos se pueden utilizar en paneles solares, para transformar la energía calorífica absorbida en eléctrica. +info: Han, Z., Fina, A. (2011) Thermal conductivity of carbon nanotubes and their polymernanocomposites: A review. Progress in Polymer Science 36, 914–944
En este artículo (Robert T. Bailey & Wayne L. Elban (2008) Thermal Performance of Aluminum and Glass Beer Bottles, Heat Transfer Engineering, 29:7, 643-650, DOI: 10.1080/01457630801922535) se analiza el comportamiento térmico de las latas de aluminio y las botellas de cristal. Se concluye que cuando ambos recipientes con contenido frío se dejan a temperatura ambiente, la velocidad de enfriamiento es casi idéntica (porque el proceso se deber principalmente a convección). Sin embargo, a la hora de enfriar el contenido, por ejemplo en un agua con hielo, la velocidad de enfriamiento es mayor para la lata de aluminio que para la botella de cristal, debido a la mayor conductividad térmica del aluminio. Esta aplicación práctica de la conductividad térmica podría ser de interés para los estudiantes universitarios.
Demostración super clara y sencilla, que prácticamente cualquiera puede realizar en su clase o incluso en su casa. Aumentando el número de barras con diferentes materiales sería todavía mucho más completa.
En el día a día, el concepto de conductividad es fundamental en nuestras vidas, y en nuestro confort. El hecho de que no nos importe andar descalzos por un suelo de madera, pero sí en uno de plaqueta; que no nos podamos sentar en un banco de metal en pleno verano, pero sí en uno de madera, o la utilización de la madera para las construcción de ventanas en las viviendas antiguas, gracias a su baja conductividad térmica, son solo algunos de los ejemplos de esta propiedad, presente en todos los materiales.
En este experimento se refleja la distinta capacidad de los materiales para conducir el calor. Este fundamente tiene muchas aplicaciones y funciones útiles, y permite distinguir entre materiales conductores y aislantes térmicos. De este modo, los metales como el aluminio, el cobre, el acero y el hierro son buenos conductores térmicos y pueden ser de gran utilidad cuando es necesario enfriar o calentar objetos rápidamente. Por ejemplo, una olla o cacerola de metal permite que el calor se transfiera rápidamente al alimento que se encuentra en el interior. Por otro lado, los aislantes térmicos son materiales que evitan que el calor pase a través de ellos, como la madera, el plástico y muchos tejidos como la lana y el algodón, por este motivo son apropiados para emplearlo en prendas de vestir y mantenernos caliente..
Experimento moi explicativo. Buscando outros exemplos atopeime cunha forma todavía máis visual de dispoñer os diferentes metais ou materiais conductores, colocándoos de forma radial utilizando o mesmo punto de calor. Neste vídeo pódese ver, aínda que ao moverse o resultado non é acorde a teoría.
Otra forma de visualizar la conductividad en distintos materiales es mediante el uso de una cámara termográfica, donde por ejemplo se puede ver como tocando un cuchillo metálico y un trozo de madera dejados en las mismas condiciones térmicas toda la noche, al ser tocados por dedos de una misma mano (igual temperatura también) provocan campos de temperaturas distintos en el metal y la madera debido a sus diferentes conductividades.
Comparto enlace de un vídeo muy breve de un canal de YouTube que me gusta bastante. Se puede ver de forma rápida la diferencia de conductividad térmica de dos metales, poniendo un cubito de hielo sobre una plancha de hierro y un lingote de plata pura.
Esta introducción sobre la transmisión de calor permite al alumnado comprender las distintas aplicaciones de diversos materiales y el por qué del uso de unos como conductores térmicos y otros como aislantes. Aprovecharía esta situación para explicar los conceptos de transmisión de calor por conducción y convección. Con el frecuente ejemplo de un cilindro hueco en su interior, despreciando la transmisión de calor por radiación térmica y con el enunciado de Clausius en el segundo principio de la termodinámica, se puede explicar la transmisión de calor por convección que sucede en el interior y exterior del cilindro la cual depende del coeficiente de convección, el área en contacto con el fluido y el diferencial de temperatura. En el propio cilindro estaría sucediendo una transmisión de calor por conducción que dependerá de la conductividad térmica del material, concepto con el que se han familiarizado, el área de contacto, el diferencial de temperatura y el espesor del material.
Hay una imprecisión en este vídeo: la conductividad térmica hace referencia a la capacidad de una sustancia para transformar calor en gradientes de temperatura, pero no dice nada de la velocidad del proceso. Esta propiedad la determina la difusividad térmica. Aún así, la difusividad térmica sería insuficiente para determinar el fenómeno físico observado, ya que la capacidad que tiene un material para transferir calor con sus alrededores (en este caso la varillas metálicas con la cera) es la efusividad térmica. Hay que destacar que tanto la difusividad térmica como la efusividad térmica dependen de la conductividad térmica, pero aún así, atribuir al fenómeno físico observado la propiedad única de la conductividad térmica es incompleto.
Sinceramente este vídeo me ha parecido interesante porque nunca había visto o hecho un experimento sobre conductividad térmica, No tengo conocimientos suficientes como Antonio para valorar lo completo o incompleto que es el vídeo, pero sí que es una forma muy visual de explicar el concepto. A partir del experimento se pueden introducir los conceptos que comenta Antonio de difusividad y efusividad, sin que eso entorpeza o genere dudas en el alumnado sobre conductividad por ser demasiado complejos. Es correcto que todos los vídeos y experimentos deben ser trabajados y planteados con la mayor rigurosidad científica posible, pero también hay que tener en cuenta el contexto y el nivel educativo de los alumnos que realizarán el experimento. Es posible que para el primer ciclo de la ESO no sea necesario profundizar tanto en conceptos tan técnicos y detallados. De todas formas, muchas gracias por tu aportación Antonio, hoy he aprendido algo nuevo.
Ambos experimentos son excelentes, ya que se observa de una manera muy visual la conductividad térmica. Yo anteriormente había trabajado con la conductividad térmica de los materiales en la universidad, tanto en Física como en Quimica de primero, no obstante nunca me enseñaron el concepto de una manera tan visual.
Quiero añadir el por que de que se utilicen utensilios de madera en la cocina. Esto se debe a que la estructura molecular de un material también puede potencialmente restringir el flujo de calor. La madera es un ejemplo de material que tiene un estructura molecular compuesta por fibras rectas. El flujo de calor a través de la madera se mueve en un dirección constante siguiendo el camino que proveen las fibras. Si el calor fluye en contra de las fibras, se encontrará con una gran resistencia. Esta resistencia pueden limitar la efectiva transferencia del calor, disminuyendo la conductividad térmica del material y siendo este ideal para emplearlo en la cocina.
Es un experimento sencillo pero muy impactante que atraer la atención de los alumnos y fomentar la curiosidad sobre la física.
Sen dúbida unha forma moi visual de levar á aula o concepto de conductividade térmica. Unha aplicación na vida cotiá deste fenómeno pódese encontrar na arquitectura, e na búsqueda de un aforro enerxético das vivendas. Trátase de evitar as chamadas pontes térmicas, puntos onde exterior e interior están conectados por materiais de alta conductividade. Para solucionar isto créanse as roturas de ponte térmico, como por exemplo en ventanas de aluminio, onde se interrompe o perfil de alumnio con materias de tipo polímero, mellorando así as súas prestacións térmicas.
Viendo la experiencia del segundo vídeo y su conclusión final me quedo algo descolocada. En el vídeo se puede observar que el aluminio presenta la mayor conductividad térmica, mientras que el acero inoxidable la menor. Para mi esto es una sorpresa ya que por ejemplo en cocina se emplean sartenes y tarteras de acero inoxidable, ya que, según los fabricantes, estas se calientan con mayor rapidez en contacto con el fuego…. El vídeo nos dice lo contrario… Que son mejores las sartenes de aluminio para esto…. ¿¿¿¿¿Cómo se explica esto?????
Neste caso, o experimento paréceme moi interesante posto que dá pé a estudar a condutividade térmica en diferentes materiais. Indagando atopei unha práctica na que se leva a cabo o procedemento de maneira explicativa e distinta.
Este experimento es muy interesante y visual para entender la transferencia del calor por materiales sólidos. El conocimiento aquí obtenido se puede extrapolar a muchas cosas, como la construcción o los utensilios de cocina como los ejemplos más clásicos, pero además, en ámbitos como la ecología, se puede determinar la distribución poblaciones de muchas especies en función de los materiales que componen el paisaje. Es frecuente encontrar grandes cantidades de invertebrados bajo una roca con una relativamente baja conductividad térmica, donde se pueden refugiar del calor por el día; en este sentido, hacen lo mismo que las personas cuando estas construyen casas de piedra, que retienen el calor en invierno y el frío en verano.
Este vídeo de como los materiales transmiten el calor es muy gráfico y es una forma sencilla de visualizar como se comportan diferentes materiales a un mimos hecho. De esta forma podemos comprobar que la elección de los materiales en ciertas áreas como la construcción o ingeniería son muy importantes para obtener el mejor funcionamiento y mayor rendimiento de los objetos, las maquinarias o incluso en las viviendas para respuesta con una mayor eficiencia de los mismos
Vídeo muy didáctico para demostrar la mayor conductividad del Cobre respecto al otro material. Es muy evidente que el Cobre tiene mayor Conductividad que el hierro. También se podrían utilizar otros materiales de mayor conductividad que el Hierro, por ejemplo el Aluminio, utilizando varillas de diferentes Diámetros, para poder sacar conclusiones de cómo incide la sección del material en su conductividad.
Experimento muy gráfico en el que además se utilizan materiales muy cotidianos, proporcionando a los estudiantes la oportunidad de comprobar de forma sencilla los efectos de la conductividad térmica. Dado que me gusta dar un enfoque práctico a los experimentos, dejo un vídeo de un proyecto en el que los estudiantes construyen pequeñas maquetas de casas y comprueban las pérdidas de calor que se producen a través de las mismas por medio de la toma de imágenes de calor y la medida de temperaturas dentro y fuera de las casas. Posteriormente, aplican a las casas materiales aislantes y vuelven a realizar las mismas mediciones, comprobando por sí mismos cómo un buen aislamiento ayuda a reducir en gran manera las pérdidas de calor de las viviendas.
Unha forma de explicarlle ao alumnado na clase a conductividade térmica e facerlles tocar varios elementos de diferentes materiais. Por exemplo, podemos empregar as propias mesas da clase, invitámolos a tocar as patas da mesa (metálicas) e despois o tabla (madeira) e preguntámoslles cal dos dous elementos está mais frío. A maioría dirá que está máis fría a pata, explicamoslles que as patas e a tabla están á mesma temperatura que é a temperatura ambiente da aula pero que se notan mais frías as patas porque o ferro ten maior conductividade térmica que a madeira, é dicir, conduce o calor mais rápido que a madeira.
Calor, temperatura y conductividad térmica son conceptos clave para entender muchos de los fenómenos que suceden en nuestro entorno y, sin embargo, son fuente frecuente de concepciones erróneas tanto en la población general como entre el alumnado de secundaria.En este artículo español se presenta una actividad de tipo “investigación guiada” para el aprendizaje de las propiedades térmicas de materiales comunes, que comienza con la siguiente pregunta: ¨Imagina que estás involucrado en una misión de rescate de las víctimas de un accidente aéreo. Mientras esperas la llegada de refuerzos necesitas conservar el mayor tiempo posible, a baja temperatura, unos medicamentos muy delicados. Para conseguir este objetivo sólo disponéis en ese momento de mantas de lana y recipientes metálicos encontrados en la cabina del avión. Dónde crees que se conservarían las medicinas frescas más tiempo, ¿dentro de los recipientes metálicos o envueltas en las mantas?¨Sin duda, el aprendizaje de las ciencias mejora gracias a docentes que permiten de uno u otro modo a la implicación activa de los/as estudiantes.
Para explicar a condutividade térmica e que os alumnos a vexan e a entendan é un bo exercicio, pero hai que ser cautelosos á hora de facelo, pois no primeiro video a vela pode que non proporcione enerxía por igual aos dous metais (iso podería facer dubidar aos alumnos sobre o experimento), para iso, simplemente poñendo en contacto os extremos dos metáis na zona que se porá a vela quedaría solventado. Polo demáis, unha boa demostración!!
Un experimento muy ilustrativo para explicar el concepto de conductividad térmica de los diferentes metales. Sería interesante poder incluir otros tipos de materiales para su estudio. Comparto esta web donde podemos encontrar los distintos métodos de transmisión de calor en la naturaleza y varios ejemplos de materiales y su conductividad térmica.
Este concepto es aplicable a un montón de situaciones de la vida cotidiana por lo que me parece. Me parece que se podría usar este concepto de la conductividad térmica para explicar algo de ciencia de materiales, los tipos de aislantes, el funcionamiento de un termo de café, etc. Sabéis que los trajes ignífugos aguantan hasta 260ºC gracias a unas fibras de un compuesto llamado polibenzimidazol.
Gracias a esta práctica, podremos introducir el concepto de materiales termoestables, en su mayoría plásticos, que son aquellos que no se alteran con el calor. Podemos abordar al alumnado con preguntas como: ¿Por qué se recubren los mangos de las sartenes de plástico? ¿O por qué los agarres para las ollas son de silicona? Así como hablar de las dos otras formas de transferencia de calor: convección y radiación.
Un experimento muy sencillo que explica las diferencias entre los distintos materiales, en este caso la transferencia de calor. Con esta demostración podemos dar explicación a muchas situaciones en las que es escogen ciertos materiales en lugar de otros para la fabricación o ls construcción.
Un experimente tremendamente visual y sencillo para ilustrar el concepto de conductividad térmica. Con numerosas aplicaciones, desde aislamientos térmicos hasta trajes ignífugos. Se puede aprovechar con los alumnos para explorar los factores que determinan la conductividad térmica. Por ejemplo, la porosidad del material y su relación con la conductividad térmica del aire (muy baja respecto a otros materiales).
Es un experimento muy sencillo pero que ilustra a la perfección el concepto de la conductividad térmica. De una manera muy sencilla se podría ordenar de mayor a menor conductividad ciertos materiales, simplemente con una vela, unos corchos y cera.
El experimento propuesto sobre la conductividad térmica es valioso al ilustrar de manera práctica cómo esta propiedad afecta la transferencia de calor en materiales diversos. La introducción brinda una explicación clara de la conductividad térmica como la capacidad de un material para transferir energía cinética, destacando su aplicabilidad más allá de los metales. Otros ejemplos prácticos en la vida diaria: a) Sartenes de Cocina: Las sartenes de cobre son apreciadas en la cocina debido a la alta conductividad térmica del cobre, lo que permite una distribución rápida y uniforme del calor durante la cocción; b) Aislamiento Térmico en Edificaciones: Materiales aislantes, como la lana de vidrio o la espuma de poliestireno, tienen baja conductividad térmica y se utilizan para mantener la temperatura interior constante en edificaciones; c) Utensilios de Cocina de Acero Inoxidable: Utensilios de cocina fabricados con acero inoxidable aprovechan su moderada conductividad térmica para mantener una temperatura constante durante la preparación de alimentos; d) Cables de Cobre en Electrónica: Los cables de cobre en dispositivos electrónicos aprovechan la alta conductividad térmica del cobre para disipar el calor generado durante la operación, evitando el sobrecalentamiento; e) Ventanas de Doble Vidrio: Las ventanas de doble vidrio, con un espacio lleno de gas aislante, reducen la transferencia de calor, actuando como un aislante térmico eficiente en viviendas y edificios. Estos ejemplos demuestran la importancia de entender y aplicar la conductividad térmica en diversos contextos, desde la cocina hasta la construcción y la electrónica. La capacidad de transferir calor eficientemente o aislar térmicamente afecta directamente la funcionalidad y eficacia de muchos productos y sistemas en nuestra vida diaria.
El video muestra de forma muy visual, como los diferentes materiales manifiestan la conductividad térmica. Supongo que el artilugio permitirá intercambiar barras de diferentes materiales, quitar unos y añadir unos nuevos. También podría ser interesante comparar barras del mismo material con diferentes longitudes, diferentes grosores, …
Me parece una forma increíblemente visual de explicar la conductividad térmica de los metales. Creo que es una aplicación sencilla para poder llevar al aula y así alejarse un poco de las clases 100% magistrales, que aunque necesarias, a veces coartan la motivación y el interés del alumnado.
Me parece un experimento super visual para entender el concepto de conductividad termica y que aplicaciones puede darse. Es un experimento muy sencillo que acerca a los alumnos a la realidad con casos prácticos.
Explicar el concepto de conductividad es muy importante para el desarrollo de los alumnos, además, hacerlo de una manera tan visual facilita enormemente la adquisición de los contenidos. De esta manera podemos, entre otras cosas, visualizar la conductividad térmica, hacer una comparación directa, aplicar el concepto a situaciones cotidianas e involucra a los estudiantes activamente.
La conductividad térmica es una propiedad crucial en aplicaciones como la ingeniería térmica, la construcción de edificios, la fabricación de dispositivos electrónicos y muchas otras áreas donde se requiere un control preciso de la transferencia de calor. Por lo tanto, los experimentos propuestos como punto de partida me parecen muy interesantes y sencillos para desarrollar en el aula y permitir el buen entendimiento del este concepto.
La conductividad térmica es una propiedad que relaciona los diferentes tipos de materiales con su capacidad para conducir el calor y se determina midiendo la velocidad a la que el calor atraviesa dicho material, la cual se puede ver afectada por las propiedades físicas y químicas de dicho material o elemento. Una característica muy común que puede influenciar en el valor de la conductividad térmica de un material, es su porosidad. Cuando el aire es atrapado en los poros de una sustancia puede disminuir la velocidad a la cual el calor puede pasar en forma efectiva a través de ellos, por lo tanto, una porosidad elevada disminuirá la conductividad térmica. La conductividad térmica presenta muchas aplicaciones en distintos sectores y es determinante en las industrias de fabricación y procesamiento, además de en el desarrollo de tecnologías eficaces de calefacción/enfriamiento. Por todo esto, creo que estamos ante un ejercicio muy completo y visual, que permite al alumnado observar las conductividades térmicas de diferentes metales y entender este concepto de forma sencilla.
Este experimento, a pesar de parecer simple por estar realizado con hilos, corchos, velas y globos, nos muestra un aspecto crucial de la física que se manifiesta en situaciones cotidianas, la conductividad térmica. Este fenómeno, que mide la capacidad de un material para transferir energía térmica, va más allá de los metales, como demuestra este ingenioso experimento. Observamos cómo las bolitas de cera se desprenden más rápidamente de los hilos de cobre y acero. Este comportamiento se debe a la diferencia en la conductividad térmica de los dos materiales; el cobre, con su alta conductividad, transfiere el calor eficientemente, mientras que el acero, con una conductividad ligeramente menor, retiene el calor por un tiempo más prolongado. Esta distinción en la velocidad de caída de las bolitas destaca la influencia directa de la conductividad térmica en la transferencia de calor. El interesante contraste entre los globos llenos de aire y agua agrega otra capa a la comprensión. Cuando el globo lleno de aire se acerca a la llama, explota rápidamente debido al rápido aumento de temperatura. En cambio, el globo lleno de agua demuestra una respuesta más lenta al calor, mostrando cómo la conductividad térmica también influye en la velocidad a la que los materiales se calientan. Este experimento sencillo no solo ilustra conceptos como la conductividad térmica, la capacidad calorífica y la resistividad térmica, sino que también nos invita a reflexionar sobre cómo estos principios físicos subyacen en nuestra vida diaria. Desde la velocidad a la que una sartén se calienta en la estufa hasta la sensación al tocar diferentes superficies, la conductividad térmica está presente en innumerables situaciones, recordándonos que la física sigue tejiendo su trama en los detalles más comunes de nuestro entorno.
Este experimento nos demuestra como varía la conductividad térmica según el tipo de material. La conductividad térmica se refiere a la habilidad intrínseca de un material de transferir o conducir calor. La conducción es uno de los tres métodos de transferencia de calor, siendo los otros dos: convección y radiación. Este modo de transferencia de calor está basada en la ley de Fourier de conducción de calor.La conductividad térmica se da a través de la agitación molecular y contacto, y no es el resultado del movimiento de masa del sólido en sí mismo. El calor avanza con un gradiente de temperatura, desde un área de alta temperatura y alta energía molecular a un área con temperatura menor y menor energía molecular . Esta transferencia continuará hasta que se alcance el equilibrio térmico. La velocidad a la que se transfiere el calor depende de la magnitud del gradiente de temperatura, y de las características térmicas específicas del material (como muestra el experimento).
Comparto aquí un vídeo con otro experimento similar que se podría realizar, en este caso con cucharas de diferentes materiales, para que los alumnos relacionen el fenómeno de conductividad con su utilidad en la vida diaria.
Algunos materiales como los metales conducen muy bien el calor y se calientan rápidamente al estar expuestos a fuentes de calor, es por esto que podemos ver muchos utensilios de cocina (sobre todo en cocina más tradicional) con mangos de madera para evitar quemarse las manos al cocinar sobre brasas o la propia llama.
Un experimento muy visual, en mi opinión mejora con creces al que realicé en mi instituto la conductividad térmica se mostraba con cubos de hielo. Donde se podía comparar cómo diferentes materiales afectan la velocidad de derretimiento de cubos de hielo. Al colocar un cubo de hielo en recipientes de vidrio, plástico y metal, y observar el tiempo que tardan en derretirse, se puede visualizar la variación en la conductividad térmica de los materiales. El uso de papel seco como indicador visual facilita la comparación. Este experimento brinda una demostración clara y visual de cómo la conductividad térmica influye en la eficiencia de transferencia de calor en distintos materiales.
Este experimento resulta muy interesante para enseñar la conductividad térmica, basada en la ley de Fourier. Se trata de un experimento muy visual que permite al alumnado observar cómo se trasmite el calor a través los materiales, Conducción Térmica. Este fenómeno no es percibido por el ojo humano, pero sí de forma táctil. Comprobación que se realiza al colocar trocitos de vela sobre las varillas metálicas para evitar posibles quemaduras. Asimismo, se observa como la conductividad térmica es diferente dependiendo del material. Es un experimento barato y fácil de transportar para realizar en el aula.