UNIDAD 2: SISTEMA TERMICO EN EQUIPOS INFORMATICOS
REALIZADO POR: POR: SARAI DEL CARMEN CARMEN RAMIREZ JIMENEZ 2º”A” ING. EN INFORMATICA FISICA PARA INFORMATICA
Contenido INTRODUCCION...................................................................................................2 UNIDAD 2: SISTEMA TERMICO EN EQUIPOS INFORMATICOS................................3 2.1- TIPOS DE SISTEMAS Y MEDICIÓN DE CALOR................................................3 TEMPERATURA Y ENERGIA TERMICA.................................................................3 MEDICION DE LA TEMPERATURA...................................................................... 3 TIPOS DE TERMOMETROS................................................................................ 3 EQUILIBRIO TERMICO....................................................................................... 4 ESCALAS TERMOMETRICAS.............................................................................. 5 2.2 PROPIEDADES CALORIFICAS DE LA MATERIA.................................................6 PUNTO DE FUSION........................................................................................... 6 DILATACIÒN LINEAL:......................................................................................... DILATACIÒN SUPERFICIAL:................................................................................ DILATACIÒN !OLUMETRICA:............................................................................. 2.3 CANTIDAD DE CALOR Y SU TRANSFERENCIA................................................. CALOR LATENTE DE FUSION............................................................................. CALOR LATETENTE DE !APORI"ACION............................................................ # FORMAS DE PROPAGACION DE CALOR........................................................... 1$ LEY DE STEFAN-BOLT"MAN............................................................................11 TRANSFERENCIA DE CALOR:..........................................................................12 2.4 EL CALOR EN LOS EQUIPOS INFORM%TICOS................................................13 EFECTO &OULE O LEY DE &OULE......................................................................13 BANCO DE E&ERCICIOS'''''''''''''''''''''''''''''''''' '''''''''.16 CONCLUSION..................................................................................................... 2$
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INTRODUCCION En este trabajo aprenderemos más sobre el tema del calor y todo en lo que dé él depende y surgen fenómenos. Sus principales transferencias, sus tipos de sistemas y como medimos el calor, para ello debemos conocer a fondo que es la calor. Estos puntos son muy importantes por las cuales debemos conocer y aprender porque lo ocupamos en ciertas cosas, por ejemplo el calor lo encontramos en diferentes lugares y no solo está alrededor de nosotros sino que también lo podemos encontrar en nuestros propios aparatos electrónicos como la computadora. El calor en los equipos informáticos es muy importante y más para mí que estudio esta carrera y que es de una gran ayuda conocer y tener esta información que es muy útil. Aunque sean puntos en esta unidad, es muy importante porque en realidad es e!tenso este tema sobre el calor y los demás subtemas que se deri"an estos temas.
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UNIDAD 2: SISTEMA TERMICO EN EQUIPOS INFORMATICOS
2.! TIPOS DE SISTEMAS " MEDICI#N DE CALOR TEMPERATURA " ENERGIA TERMICA #a energía térmica representa la energía total de un objeto$ la suma de sus energías moleculares, potencial y cinética. %uando dos objetos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, se transfiere energía de uno a otro.
MEDICION DE LA TEMPERATURA #a temperatura de un objeto puede medirse colocando un termómetro en estrec&o contacto con el objeto y permitiendo que los dos alcancen el equilibrio térmico. Esto se debe a cierta cantidad mecánica, óptico o eléctrica que "aría con la temperatura. ' %entígrado o ' %elsius ' (a&ren&eit
TIPOS DE TERMOMETROS E!isten "arios tipos de termómetros) el más común es aquel que consiste en un tubo capilar cerrado con un bulbo en la parte inferior lleno de un líquido que puede ser mercurio o alco&ol coloreado, el cual sube por el capilar al aumentar su temperatura. *ambién e!isten los termómetros de gas a "olumen constante, cuyo funcionamiento se basa en medir la presión del gas con un manómetro, aumentando este si el gas se calienta o disminuyendo si el gas se enfría. *ambién e!isten los termómetros bimetálicos, que consta de una espiral formada por dos no metales, uno de los cuales se dilata más que el otro, ocasionando que la espiral se cur"e al calentarse y pro"oque un giro en la aguja 1
que indica la temperatura. #os termostatos en los &ornos y aparatos calefactores utili+an este tipo de espiras bimetálicas. *ambién e!isten los llamados pirómetros ópticos, que tienen un foco conectado a un circuito, donde el obser"ador compara a tra"és de un tubo el color del filamento del foco con el color del &orno$ cuando ambos colores son iguales se lee la temperatura en una escala. Este termómetro se usa para medir temperaturas muy altas$ por ejemplo en una fundidora de metales.
EQUILI$RIO TERMICO Si llenamos una olla de metal con café &ir"iendo, seguramente no la podremos sostener por lo caliente que se pone, sin embargo, si la agarramos con un guante de asbesto, como los que se usan en la cocina, ya no sentiremos lo caliente. %omo se puede deducir del ejemplo anterior, las paredes de metal del recipiente permiten el paso del calor a nuestras manos$ a estas se les llama paredes diatérmicas y pueden definirse como) aredes diatérmicas. Son aquellas que dos sistemas, situados en lados opuestos de una pared, interactuar térmicamente. Siguiendo con el ejemplo$ cuando sostenemos el recipiente con el guante de asbesto, éste no permite el paso del calor a nuestras manos. A este tipo de paredes que sir"en de aislantes térmicos, se les denomina paredes adiabáticas, las que definimos como) aredes adiabáticas. Son aquellas que no permiten que dos sistemas, situados a los lados de una pared, interactúen térmicamente. -na pared adiabática, es una pared aislante ideal, ya que no e!iste un aislante térmico perfecto. E!perimentalmente se &a comprobado que cuando dos sistemas se ponen en contacto térmico, sus coordenadas de estado pueden permanecer constantes o "ariar, pero después de un inter"alo adquieren el mismo "alor. %uando esto sucede, se dice que el sistema llegó a un estado de equilibrio térmico, el cual puede definirse diciendo que) 1
Estado de equilibrio térmico. Se presenta cuando las coordenadas de estado de dos sistemas, que interactúan térmicamente, no "arían con el tiempo.
ESCALAS TERMOMETRICAS ES%A#A (A/E0E1*) El alemán 2abriel (a&ren&eit, soplador de "idrio y fabricante de instrumentos, fabricó en 343, el primer termómetro, para ello lo colocó a la temperatura más baja que pudo obtener, mediante una me+cla de &ielo y cloruro de amonio 50%l6, marcó el ni"el que marcaba el mercurio$ después al registrar la temperatura del cuerpo &umano, "ol"ió a marcar el termómetro y entre ambas se7ales &i+o 89 di"isiones iguales. :ás tarde obser"ó, que al colocar su termómetro en una me+cla de &ielo en fusión y agua, registraba una lectura de ;<= ( y al colocarlo en agua &ir"iendo leía <3< = (. #a escala (a&ren&eit se utili+a en los países anglosajones con los Estados -nidos de América, 1nglaterra y Australia, par medidas no científicas. ES%A#A %E#S1-S) En 34<, el biólogo sueco Andrés %elsius basó su escala en el punto de fusión del &ielo 5> = %6, y en el punto de ebullición del agua 53>> = %6, a la presión de una atmósfera o sea 49> mmg, es decir di"idió su escala en 3>> partes iguales, cada una de 3=%. ES%A#A ?E#@10) A7os después el 1nglés illiam ?el"in propuso una nue"a escala de temperatura, en la cual el cero corresponde a lo que tal "e+ sea la menor temperatura posible llamada cero absoluto, en ésta temperatura, la energía cinética de las moléculas es cero. El tama7o de un grado de la escala ?el"in es igual al de un grado %elsius y el "alor de cero grados en la escala de %elsius equi"ale a <4; ?. %uando la temperatura se da en ?el"in se dice que es absoluta y ésta es la escala aceptada por el Sistema 1nternacional de -nidades 5S16.
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2.2 PROPIEDADES CALORIFICAS DE LA MATERIA %omo resultado del aumento o disminución de la temperatura de las sustancias, estas pueden cambiar de estado físico, dic&os cambios de estado reciben nombres específicos, los cuales son los siguientes) 3. (usión.B Es el paso del estado sólido al estado líquido. <. Ebullición o e"aporación.B Es el paso del estado líquido al estado gaseoso. ;. %ongelación o solidificación.B Es el paso del estado líquido al estado sólido.
. %ondensación.B Es el paso del estado gaseoso al estado líquido. C. Sublimación.B es el paso directo del estado sólido al estado gaseoso. 9. Deposición.B Es el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.
PUNTO DE FUSION Es la temperatura a la cual una sustancia sólida comien+a a licuarse estando en contacto íntimo con el estado líquido resultante que se encontrará en equilibrio termodinámico, es decir, a la misma temperatura. %ada sustancia funde y solidifica a la misma temperatura llamada punto de fusión. A continuación en el cuadro siguiente se muestran los puntos de fusión de algunas sustancias.
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El punto de fusión también es una propiedad característica o intensi"a de la materia, pues independientemente de la cantidad de sustancia que se tenga, el punto de fusión será el mismo a una presión determinada, trátese de un gramo o de toneladas de dic&a sustancia. ara que un sólido pase al estado líquido necesita absorber la energía necesaria para destruir la unión entre sus moléculas, por lo tanto, mientras dura la fusión no aumenta la temperatura. El punto de fusión de una sustancia se ele"a si se aumenta la presión, aunque en el agua al incrementar la presión disminuye su punto de fusión. A la presión de una atmósfera el &ielo se funde, y el agua se congela a >= %. ara fundir el &ielo o para congelar el agua sin cambio en la temperatura, se requiere un intercambio de > calorías por gramo. El calor requerido para este cambio en el estado físico del agua sin que e!ista ningún cambio en la temperatura recibe el nombre de calor latente de fusión. El punto de fusión de una sustancia siempre será el mismo a una presión determinada.
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DILATACI%N LINEAL: Es aquella en la cual predomina la "ariación en una dimensión, o sea, en el anc&o, largo o altura del cuerpo.
DILATACI%N SUPERFICIAL: Es aquella en que predomina la "ariación en dos dimensiones, o sea, la "ariación del área del cuerpo.
DILATACI%N &OLUMETRICA: #a dilatación de un material calentado es la misma en todas direcciones$ por lo tanto, el "olumen de un líquido, gas o sólido tendrá un incremento en "olumen predecible al aumentar la temperatura.
2.' CANTIDAD DE CALOR " SU TRANSFERENCIA %uando una sustancia se funde o se e"apora absorbe cierta cantidad de calor llamada calor latente, este término significa oculto, pues e!iste aunque no se incremente su temperatura ya que mientras dure la fusión o la e"aporación de la sustancia no se registrará "ariación de la misma. En tanto el calor sensible es aquel que al suministrarle a una sustancia ele"a su temperatura.
CALOR LATENTE DE FUSION FfGH
H G mFf m
Donde FfG calor latente de fusión en calIgramo. H G calor suministrado en calorías. mG masa de la sustancia en gramos.
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CALOR LATENTE DE &APORIZACION or definición el calor latente de "apori+ación de una sustancia es la cantidad de calor que requiere para cambiar 3 gramo de líquido en ebullición a 3 gramo de "apor, manteniendo constante su temperatura. F"G H
H G m F" m
Donde F"G calor latente de "apori+ación en calIg H G calor suministrado en calorías mG masa de la sustancia en gramos.
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FORMAS DE PROPAGACION DE CALOR Si dos cuerpos se ponen en contacto y no manifiestan tendencia a calentarse o enfriarse, es porque su temperatura y, por tanto, la energía cinética media de sus moléculas es igual$ pero cuando di"ersas partes de un mismo cuerpo, o "arios cuerpos en contacto, están más calientes, todos tenderán a alcan+ar la misma temperatura y el calor se propagará de un punto a otro. El calor o energía calorífica siempre se propaga de los cuerpos calientes a los fríos, de tres maneras diferentes) a6 %onducción b6 %on"ección c6 /adiación. %onducción.B es la forma de propagación del calor a tra"és de un cuerpo sólido, debido al c&oque entre moléculas. %uando el e!tremo de una "arilla metálica se pone en contacto con el fuego, al cabo de cierto tiempo el otro e!tremo también se calienta. Esto se debe a que las moléculas del e!tremo calentado por el fuego "ibran con mayor intensidad, es decir, con mayor energía cinética. -na parte de esa energía se transmite a las moléculas cercanas, las cuales al c&ocar unas con otras comunican su e!ceso de energía a las contiguas, así su temperatura aumenta y se distribuye en forma uniforme a lo largo de la "arilla. Esta transmisión de calor continuará mientras e!ista una diferencia de temperatura entre los e!tremos, y cesará totalmente cuando sea la misma en todas las partes. %on"ección.B Es la propagación del calor ocasionada por el mo"imiento de la sustancia caliente. Al poner agua en un "aso de precipitado y calentarla posteriormente, obser"amos que transcurrido cierto tiempo comien+a un mo"imiento en el seno 5parte interna6 del líquido.
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Esto se debe a que al recibir calor el líquido del fondo, la temperatura sube y pro"oca su dilatación, aumentando el "olumen y en consecuencia disminuye la densidad de esa porción, por lo que sube a la superficie y es reempla+ada por agua más fría y con mayor densidad. Este proceso se repite con la circulación de masas de agua más caliente &acia arriba y las de agua más fría &acia abajo, pro"ocándose las llamadas corrientes de con"ección. El calentamiento en los líquidos y gases es por con"ección. #os "ientos son corrientes de con"ección del aire atmosférico, debido a las diferencias de temperatura y densidad que se producen en la atmósfera. /adiación.B
es
la
propagación del calor por medio de
ondas
electromagnéticas esparcidas, incluso en el "acío, a una "elocidad de ;>> mil JmIseg. El calor que nos llega del Sol es por radiación, pues las ondas caloríficas atra"iesan el "acío e!istente entre la *ierra y el Sol. A las ondas caloríficas también se les llama rayos infrarrojos, en "irtud de que su longitud de onda es menor si se compara con la del color rojo. *odos los cuerpos calientes emiten radiaciones caloríficas, es decir ondas electromagnéticas de energía proporcional a su temperatura. %uando la radiación de un cuerpo caliente llega a un objeto, una parte se absorbe y otra se refleja. #os colores oscuros son los que absorben más las radiaciones. or ello, en los climas cálidos se usan con frecuencia ropas de colores claros para reflejar gran parte de las ondas infrarrojas y luminosas que pro"ienen del Sol.
LE" DE STEFAN!$OLTZMAN /adiación del cuerpo negro. -n cuerpo negro es aquel que absorbe toda la energía radiante incidente sobre él, ya sea calorífica, luminosa o de cualquier índole$ puede ser una superficie metálica ennegrecida o el carbón negro.
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0o obstante, un cuerpo negro ideal sería una esfera &ueca cuya superficie interna estu"iera ennegrecida y pro"ista
de un peque7o agujero. Al entrar
cualquier radiación por el agujero se reflejaría en las paredes de la esfera &asta quedar totalmente absorbida. ero cuando un cuerpo negro está en equilibrio con sus alrededores radiará la misma cantidad de energía que absorbe. or tal ra+ón un cuerpo negro aparte de ser un buen absorbedor de energía es un buen radiador de ella. En general, la cantidad de calor que absorbe o radia un cuerpo depende no sólo de su temperatura absoluta, sino también de la naturale+a de las superficies e!puestas. #a #ey de ?irc&&off de la radiación se7ala) un cuerpo que es buen absorbedor de energía, también es buen emisor de ella. %uanto más caliente esté en un cuerpo, más energía radiante emite. Ktro enunciado de la #ey de StefanBLolt+man establece que la energía total radiada por segundo y por unidad de área de superficie es proporcional a la temperatura absoluta de la superficie ele"ada a la cuarta potencia. Esto es aplicado para un cuerpo negro. #a cantidad de calor se define como la energía cedida o absorbida por un cuerpo de masa cuando su temperatura "aría en un número determinado de grados.
TRANSFERENCIA DE CALOR: %K0D-%%1M0) En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un e!tremo de una "arilla metálica de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite &asta el e!tremo más frio por conducción. Se cree que se debe en parte, al mo"imiento de los electrones libres que transportan energía cuando e!iste una diferencia de temperatura
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%K0@E%%1M0) Si e!iste una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un mo"imiento del fluido. Este mo"imiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado con"ección. El fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frio y más denso desciende. /AD1A%1M0) #a radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la con"ección, las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un "acío.
2.( EL CALOR EN LOS EQUIPOS INFORM)TICOS El calor que se genera en los equipos informáticos, se logra minimi+ar con la utili+ación de peque7os "entiladores dentro de los equipos, además de peque7as rendijas en donde se disipa el calor. Además la utili+ación de los equipos debe de ser en áreas con clima artificial o bien en lugares con "entilación libre.
EFECTO JOULE O LE" DE JOULE Enunciado) NSiempre que circula una corriente eléctrica por un conductor, se produce un aumento de la temperatura del conductor, es e!presado en caloríasO. NEl calor generado por un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente que circula por el, por la resistencia y el tiempo que circula la corriente a tra"és de elO. :atemáticamente la #ey de Poule se e!presa como) H G >.< 1< / t.
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>.< G constante. Donde H G calor generado en calorías 5cal6. 1 G 1ntensidad de la corriente en amperes 5A6. / G /esistencia en o&ms 5(6. t G tiempo en que circula la corriente en segundos 5seg6 -no de los problemas más gra"es en el mundo de los microprocesadores usados en las computadoras, es la disipación del calor. %ualquier dispositi"o electrónico durante su funcionamiento produce calor que es necesario disipar. Si dic&o calor no se disipa correctamente, el dispositi"o puede funcionar incorrectamente 5fallar6 o incluso destruirse. Además cuanto más rápido trabaje el dispositi"o, más calor produce. ara disipar el calor producido por los microprocesadores se utili+an dos métodos) Disipadores metálicos y "entiladores. Disipadores metálicos) Son pie+as metálicas con formas muy Ne!tra7asO y estudiadas, que mejoran el intercambio de calor con el aire que les rodea. #os disipadores deben de estar en íntimo contacto con el microprocesador para que el intercambio de calor sea óptimo. or ello normalmente se impregnan ambos elementos con una pasta térmica que &ace que el contacto sea perfecto. @entiladores. Si el aire que &ay alrededor del disipador no se mue"e, el calor disipado quedaría concentrado en esa +ona y el esfuer+o ser"iría de nada. or ello cerca del disipador se colocan unos peque7os "entiladores que renue"an el aire. Estos "entiladores normalmente se alimentan desde un peque7o conector de la placa base 5marcado como %- (A06. Solo en los equipos más antiguos se conectaban directamente a la fuente de alimentación. 1
A "eces el c&ip 0ort&bridge 5puente norte6, debido a que funciona a altas frecuencias 5se encarga de la comunicación de los dispositi"os más "eloces6 también necesita un peque7o disipador y "entilador, que también se alimenta desde un conector en la placa. El calor en e!ceso puede ser el moti"o por el que tu equipo se congele, se torne) • • •
1nestable o lento Se reinicie Emita sonidos de alarma que descono+cas, etc.
#a importancia de e"itar el calor en e!ceso en los componentes que constituyen un aparato electrónico es ob"ia, los mismos fabricantes incluyen orificios de "entilación y disipadores de calor con "entiladores en los componentes críticos. -n aparato electrónico sea cual sea trabaja mejor mientras más frio se encuentre.
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CONCLUSION %omo último podemos concluir con este tema es muy importante conocer y fue muy importante &aber in"estigado mas acerca este tema y aplicarlo en nuestra área que es la informática porque nos podemos encontrar en una situación similar y con esta información pues ya conocemos de ella y nos puede ser de gran ayuda. #os puntos de esta unidad están relacionados mutuamente y son ideales conocerlas, los diferentes termómetros y las escalas termométricas, como surgieron y demás cosas que la calor puede generar, su forma o sistema de transformación.
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