Revisar los balances energéticos

Este taller utiliza el calentador para enfatizar la resistencia térmica y el balance energético. Específicamente, ¿adónde va la energía térmica del calentador y cómo llega allí? Este es un problema importante en muchos sistemas térmicos. Para simplificarlo, se supondrá que es unidimensional. En un lado del calentador habrá un material de baja conductividad y en el otro habrá un material de alta conductividad, ambos comenzando a la misma temperatura. Cuando se enciende el calentador, el flujo de calor irá a cada uno de los materiales. El sensor de flujo de calor se puede usar para medir cuánto va a cada material.

El balance de energía puede usarse para mostrar que la potencia total del calentador P tiene que ir a la combinación de los dos materiales. Dibuje el balance de energía general en la figura y escriba aquí el balance de energía algebraico en términos de la transferencia de calor al metal q my la alfombra q c .

Las resistencias térmicas relativas dictarán el tamaño relativo de q my q c (cuánta energía va a cada material). Debido a que solo hay un sensor de flujo de calor, deberá usarlo dos veces. Primero medir lo que va al metal y luego lo que va a la alfombra.

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1. Coloque el calentador sobre una alfombra u otro buen aislante térmico y coloque la pieza de metal encima. Deslice el sensor de flujo de calor entre el metal y el calentador. Inicie la adquisición de datos para establecer la condición de estado estable y luego encienda el calentador. Deje que el calentador funcione durante aproximadamente un minuto para ver claramente la respuesta de la temperatura y el flujo de calor. A continuación, mueva el sensor de flujo de calor entre el calentador y la alfombra. Repita la adquisición de datos para este caso. Grafique el flujo de calor y las respuestas de temperatura para ambos casos. Agregue estas parcelas a la hoja de este taller.

2. Dibuje el sistema para cada caso y etiquete claramente los cuatro componentes principales: alfombra, calentador, sensor y metal. Rotule la dirección de los flujos de calor en cada caso, desde el calentador hasta la pieza de metal y la alfombra.

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    3. ¿Por qué los flujos de calor son tan diferentes en valor?

    4. ¿Qué material proporciona el mejor disipador de calor?

    5. ¿Por qué un flujo de calor es positivo y un flujo de calor negativo con el mismo sensor?

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    6. ¿Cuál es el flujo de energía total proporcionado por el calentador? P / A =
.

    7. ¿Cuál es la fracción de la potencia que va al metal, qʺ m / (P / A) =

    8. ¿Cuál es la respuesta de temperatura para los dos casos?

    9. ¿Por qué la respuesta de temperatura para los dos casos es tan diferente del flujo de calor?

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