MATERNAL FACTORS:

La conductividad térmica es una propiedad intrínseca de los materiales que

valora la capacidad de conducir el calor a través de ellos. El valor de la

conductividad varía en función de la temperatura a la que se encuentra la substancia, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300° K con el objeto de poder comparar unos elementos con otros.

Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases (a pesar de que en ellos la transferencia puede hacerse a través de electrones libres) y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por eso aislantes térmicos. Para que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado.

En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conducción de calor, bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con una elevada área de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se desea minimizar el efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de baja conductividad térmica, vacíos intermedios, y se disponen en configuraciones con poca área de contacto.

La tabla 2.25 se refiere a la capacidad de ciertos materiales para transmitir el

calor. El coeficiente de conductividad térmica (λ) representa la cantidad de

calor (energía) necesaria por unidad de tiempo medida en vatios por metro cuadrado de superficie que debe atravesar en forma perpendicular, para que atravesando durante la unidad de tiempo, un espesor de 1 m de material

    homogéneo se obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura entre sus dos caras.

Todo ello en un sistema que se encuentra en estado estacionario o sea donde el campo de temperaturas no varía a lo largo del tiempo. La conductividad térmica se expresa en unidades de W/m·°K (Watts por metro por grado Kelvin). La conductividad térmica también puede expresarse en unidades de British thermal units (Unidades térmicas Británicas) por hora por pie por grado Fahrenheit (Btu/h·ft·ºF).

2.15 Electricidad

La palabra electricidad proviene del vocablo griego elektron, que significa ámbar, este es una resina fósil, transparente, de color amarillo, producida en tiempos muy remotos por árboles que actualmente son carbón fósil.

El estadounidense Benjamín franklin(1706-1790), observó que cuando un conductor con carga negativa terminaba en punta, los electrones se acumulan

Tabla 2.25 Coeficientes λ para distintos materiales

Material λ Material λ Material λ

Acero 47-58 Corcho 0,04-0,30 Mercurio 83,7

Agua 0,58 Estaño 64,0 Mica 0,35

Aire 0,02 Fibra de vidrio 0,03-0,07 Níquel 52,3

Alcohol 0,16 Glicerina 0,29 Oro 308,2

Alpaca 29,1 Hierro 1,7 Parafina 0,21

Aluminio 209,3 Ladrillo 0,80 Plata 406,1-418,7

Amianto 0,04 Ladrillo

refractario 0,47-1,05 Plomo 35,0

Bronce 116-186 Latón 81-116 Vidrio 0,6-1,0

Cinc 106-140 Litio 301,2

    fijándose sobre las moléculas de aire o sobre un conductor cercano con carga positiva( o carente de electrones).

Charles Coulomb, científico francés (1736-1806), estudió las leyes de atracción y repulsión eléctrica. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción o de repulsión por medio del retorcimiento de una fibra fina y rígida a la vez.

El físico Italiano Alessandro Volta (1745-1827), también contribuyó de manera notable al estudio de la electricidad. En 1875 invento el electróforo, dispositivo que generaba y almacenaba electricidad estática.

Fue Georg Ohm, Físico alemán (1789-1854), quien describió la resistencia eléctrica de un conductor. En 1827, estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas al encontrar una relación entre la resistencia de un conductor, la diferencia de potencial y la intensidad de corriente eléctrica.

Michael Faraday, físico y químico inglés (1791-1867), demostró que en un cuerpo electrizado que se encuentre aislado, las cargas siempre se acumulan en su superficie.

El físico inglés James Joule (1818-1889) estudió los fenómenos producidos por las corrientes eléctricas y el calor desprendido en los circuitos eléctricos.

Otros investigadores han contribuido al desarrollo de la electricidad, entre quienes figuran el estadounidense Joseph Henry (1797-1878), constructor del primer electroimán, el ruso Heinrich Lenz(1804-1865) quien enunció la ley relativa al sentido de la corriente inducida, el escocés James maxwell (1831- 1879) quién propuso la teoría Electromagnética de la luz y las ecuaciones generales del campo electromagnético, el yugoslavo Nikola tesla (1856-1943), inventor del motor asíncrono y estudioso de las corrientes polifásicas y el inglés Joseph Thompson(1856-1940), quien investigó la estructura de la materia y de los electrones.

2.15.1 Circuitos Eléctricos

Es un sistema en el cual la corriente fluye por un conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencial. Un foco conectado a una pila por medio de un conductor es un ejemplo de un circuito eléctrico básico, fig. 2.26.

Fig. 2.26 a) Circuito eléctrico básico que consta de una diferencia de potencial o voltaje, corriente eléctrica y una resistencia. b) Representación simbólica del voltaje, la corriente y la resistencia.

En cualquier circuito eléctrico por donde se desplazan los electrones a través de una trayectoria cerrada existen los siguientes elementos fundamentales: a) Voltaje

b) Corriente c) Resistencia

El circuito está cerrado cuando la corriente eléctrica circula en todo el sistema y abierto, cuando no circula por él. Para abrir o cerrar el circuito se emplea un interruptor. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, paralelo o en forma mixta.

Circuito serie. Sus elementos conductores están unidos uno a continuación del otro; es por lo que toda la corriente eléctrica circula a través de cada uno de los elementos, de tal forma que, si se abre el circuito en cualquier parte se interrumpe totalmente la corriente. Fig. 2.27 (a)

Circuito paralelo. Sus elementos conductores se hallan separados en varios ramales y la corriente eléctrica se divide en forma paralela entre cada uno de ellos; así, al abrir el circuito en cualquier parte la corriente solo será interrumpida en los demás. Fig. 2.27 (b).

Circuito mixto. Sus elementos conductores se conectan tanto en serie como en paralelo.

Fig. 2.27 Focos conectados (a) en serie y (b) en paralelo. En serie por cada foco circula la misma intensidad de corriente. En paralelo cada foco tiene el mismo voltaje que sus terminales y la corriente se divide entre sus dos terminales.

2.16 Definición de magnetismo

La magnetostática es la parte de la física que se encarga de estudiar los fenómenos relativos a los imanes y a las masas magnéticas en estado de reposo, también se le llama simplemente magnetismo.

Hace 2000 años aproximadamente, en Magnesia (antigua ciudad de Turquía), unos pastores que conducían sus corderos en un pastizal, sintieron una fuerte atracción hacia el suelo debido a la punta metálica de su bastón y a los clavos de su calzado que les dificultó seguir caminando, interesados por encontrar la causa removieron la tierra y descubrieron una roca negra, hoy esta roca recibe el nombre de piedra imán o magnetita; químicamente es un mineral de óxido de

hierro cuya fórmula es Fe3 O4.

William Gilbert (1544-1603), médico e investigador inglés demostró que la tierra se comporta como un enorme imán, también encontró que cuando un imán se rompe, sus trozos se convierten en un nuevo imán con sus respectivos polos magnéticos. Por tanto, no existen polos magnéticos separados, contrarios a las cargas eléctricas que sí se separan. Gilbert demostró que polos iguales se rechazan y polos distintos se atraen.

Actualmente se sabe que la atracción ejercida por la roca negra ejercida sobre la punta metálica del bastón de los pastores se debió a sus propiedades magnéticas. El magnetismo es la propiedad que tienen los cuerpos llamados imanes de atraer al hierro, al níquel y cobalto.