¿Cuándo se produce la transferencia de calor?

Cuando se agrega calor a una sus- tancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se ele- va, o viceversa. Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura.

La transferencia de energía – calor – se realiza siempre desde el medio de temperatura más alta – la que dispone de una medida más elevada – a la de temperatura más baja y se detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura y por tanto un estado de equilibrio térmico.

Esta transferencia de calor se puede producir de tres maneras diferentes:

Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través del contacto directo entre dos cuerpos, sean sólidos, líquidos o gaseosos, cuando existe una diferencia de temperatura y en virtud del movimiento de sus partículas del cuerpo caliente al más frio.

La conducción ocurre cuando materiales u objetos están en contacto directo entre sí. Las moléculas del objeto más cálido vibran más rápido que las del objeto más frío. Las moléculas que vibran más rápido chocan con las moléculas más lentas. Esto hace que las moléculas más frías vibren más rápidamente y el objeto se calienta.

La transferencia de calor por convección depende de la densidad, viscosidad y velocidad del fluido a si como de sus propiedades térmicas (calor específico y conductividad térmica).

La transferencia de calor por radiación se produce cuando se emiten o absorben microondas, radiación infrarroja, luz visible u otra forma de radiación electromagnética. Un ejemplo obvio es el calentamiento de la Tierra por el Sol. Un ejemplo menos evidente es la radiación térmica del cuerpo humano.

Existen varios mecanismos de transferencia de calor, incluidos la convección, la conducción, la radiación térmica y el enfriamiento por evaporación .

Entonces, la radiación, la conducción y la convección son 3 tipos básicos de transferencia de calor y la inducción no es un modo de transferencia de calor.

El aislamiento es un material o sustancia que se utiliza para impedir la transferencia de calor, electricidad o sonido. En un edificio, el aislamiento se coloca en las paredes y el techo.

El calor fluye de un sistema de temperatura más alta a uno de temperatura más baja a medida que la disminución de entropía del sistema más caliente debido a una disminución, du, de la energía interna es menor que el aumento de entropía del sistema más frío debido a un aumento, du, en energía interna, por lo que la entropía del universo aumenta.

La ley de Fourier afirma que hay una proporcionalidad entre el flujo de energía J y el gradiente de temperatura. Siendo K una constante característica del material denominada conductividad térmica.

El método más eficaz de transferencia de calor es la conducción. Este modo de transferencia de calor ocurre cuando hay un gradiente de temperatura a través de un cuerpo. En este caso, la energía se transfiere de una región de alta temperatura a una región de baja temperatura debido al movimiento molecular aleatorio (difusión).

Aislantes son materiales que dificultan el paso de calor a su través. Ejemplos de materiales conductores son los metales (el mejor es la plata). Ejemplos de materiales aislantes son: cerámicas, vidrios, gases, fibra de vidrio, lana, etc.

Mecanismo de convección

La transferencia de calor por convección se produce mediante dos mecanismos: difusión y advección . La difusión es el movimiento de moléculas de una concentración más alta a una concentración más baja. La advección es el movimiento de materia por el movimiento masivo de corrientes dentro del fluido.

En los tostadores de aire caliente, la mayor parte del calor se transfiere por convección. Al menos los primeros 2/3 del proceso de tostado es endotérmico, es decir, los granos absorben energía y el calor se mueve de afuera hacia adentro de los granos.

La transferencia de calor tiene una amplia aplicación al funcionamiento de numerosos dispositivos y sistemas. Los principios de transferencia de calor se pueden utilizar para preservar, aumentar o disminuir la temperatura en una amplia variedad de circunstancias.

El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante.

La temperatura central desciende naturalmente antes de dormir , propagando el calor a las extremidades como las manos y los pies. Su entorno para dormir, sus condiciones de salud y las fluctuaciones hormonales comúnmente pueden hacer que sienta calor al intentar dormir.

Así que la transferencia de calor resulta en un cambio en la temperatura del sistema siempre y cuando el sistema no esté pasando por un cambio de fase. El cambio de temperatura debido al calor transferido de o hacia un sistema depende de cuántas moléculas haya en el sistema.

El agua es la sustancia común con mayor calor específico.

El aumento de temperatura de una sustancia depende de la cantidad de calor suministrada, la naturaleza y la masa de la sustancia .

El signo menos explica el hecho de que el calor fluye de una temperatura más alta a una temperatura más baja . Así, por ejemplo, en la figura 23.1, el calor fluye en la dirección x positiva. Para que esto suceda, la temperatura debe disminuir a medida que x aumenta.

La ley de Fourier se puede aplicar al análisis de conductividad térmica de la pared del cilindro para calcular la densidad del flujo de calor. La diferencia de temperatura y la resistencia térmica entre las capas se muestran en la Tabla 1.

La cantidad de calor que se transfiere por conducción, viene dada por la ley de Fourier. Esta predice que la densidad de flujo de calor sobre el área es igual al cociente entre la diferencia de temperatura con la diferencia de posición en una dirección multiplicada por la conductividad.

La radiación es el método menos eficiente de transferencia de calor.

En general, los buenos conductores de electricidad (metales como el cobre, el aluminio, el oro y la plata) también son buenos conductores de calor, mientras que los aislantes eléctricos (madera, plástico y hule) son malos conductores. La figura de abajo muestra las moléculas de dos cuerpos a diferentes temperaturas.