martes, 2 de julio de 2024

Biofísica 3 Termodinámica (20) OM 7. Trasmisión de calor

Una varilla de cobre y otra de acero de igual longitud y sección transversal están soldadas con un extremo en común. El extremo libre de la varilla de cobre se mantiene a 100 °C y el extremo libre de la de acero, a 0 °C. Las varillas están aisladas lateralmente. El coeficiente de conductividad térmica del cobre es 8 veces el del acero. Una vez que alcanza el régimen estacionario, podemos afirmar que:

 

a) la temperatura de la unión de ambas varillas es menor que 50 °C.

Falso

 

Q/Δt = - k A ΔT / Δx (Ley de Fourier)

 

donde

Q/Δt = flujo de calor

k = constante de conductividad térmica (kcu = 8 kac)

A = área de la barra (igual para ambas barras)

ΔT = variación de la temperatura = (T2 – T1)

Δx = longitud de la barra (igual para ambas barras)

 

Régimen estacionario Q/Δt = constante

 

Varilla de cobre: Q/Δt = - kcu A (Tu – 100ºC) / Δx

Varilla de acero: Q/Δt = - kac A (0ºC – Tu) / Δx

 

Reemplazando e igualando

- 8 kac A (Tu – 100 ºC) / Δx = - kac A (0 ºC - Tu) / Δx

8 (Tu – 100 ºC) = (0 ºC - Tu)

 

Despejando Tu

Tu = (0 ºC + 800 ºC) / (8 + 1) = 800 ºC / 9 = 89 ºC

Tu = 89 ºC < 50 ºC



b) la temperatura de la unión de ambas varillas es mayor que 50 °C.

Verdadero

 

Ver ítem a) à  Tu = 89 ºC  > 50 ºC



c) las diferencias de temperatura entre los extremos de ambas varillas son iguales.

Falso

 

Varilla de cobre: - (89 ºC – 100 ºC) = 11 ºC

Varilla de acero:  - (0 ºC – 89 ºC) = 89 ºC

à ΔTcu = 11 ºC ≠ 89 ºC = ΔTac

 

d) la cantidad de calor que, por unidad de tiempo, atraviesa cualquier sección transversal de la varilla de cobre es mayor que la que atraviesa cualquier sección transversal de la varilla de acero.

Falso

 

Régimen estacionario Q/Δt = constante à Qcu/ Δt = Qac/ Δt

 

e) la cantidad de calor que, por unidad de tiempo, atraviesa cualquier sección transversal de la varilla de cobre es menor que la que atraviesa cualquier sección transversal de la varilla de acero.

Falso

 

Régimen estacionario Q/Δt = constante à Qcu/ Δt = Qac/ Δt

 

f) no fluye calor a través de las varillas.

Falso

 

ΔTcu  ≠ 0ºC  y  ΔTac ≠ 0ºC à  Q/ Δt ≠  0

 

 

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