La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor.
¿Cómo se llama la transferencia de energía térmica?
Transferencia por conducción El mecanismo por el cual la energía térmica se transfiere de un objeto a otro a través de colisiones de partículas se conoce como conducción.
¿Cómo se llama la transferencia de energía debida a una diferencia de temperatura entre dos o más cuerpos?
Transferencia de Calor En física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción.
¿Qué tipo de transferencia de energía se da cuándo existe una diferencia de temperatura?
Modos de transferencia – En general, se reconocen tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, aunque, en rigor, solo la conducción y radiación debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse.
- Conducción : Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio material por contacto directo entre sus partículas, cuando existe una diferencia de temperatura y en virtud del movimiento de sus micropartículas. La transferencia ocurre en todos los estados de la materia y el medio puede ser sólido, líquido o gaseoso, aunque en líquidos y gases solo se da la conducción pura si se excluye la posibilidad de convección. 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. El área es normal a la dirección de flujo. La ecuación se multiplica por un signo menos para que la densidad de flujo de calor sea positiva cuando la temperatura disminuye. La densidad de flujo de calor tiene unidades de W/m 2 -K en el Sistema SI, Para gases monoatómicos de baja densidad como el neón a bajas presiones se utiliza la ecuación de Chapman-Enskog que es el cociente entre el producto de una constante y la raíz cuadrada que contiene el cociente entre la temperatura absoluta y la masa molar sobre el diámetro de partícula al cuadrado por la integral de colisión que se determina por el parámetro de Lennard-Jones que es un cociente de unidades de cal/W-m 2 -K. Para los líquidos se utiliza las gráficas de conductividad en función de las relaciones relativas de presiones y de las relaciones relativas de temperaturas. A bajas densidades para gas poliatómico se utiliza la ecuación de Eucken que predice que la conductividad es el producto de la viscosidad con la suma entre el cp medio y cuatro quintos del cociente entre la constante universal de los gases y el peso molecular. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal, es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo.
- Los sólidos metálicos o no metálicos poseen un movimiento de electrones libres que son los responsables de la transferencia de calor a través de vibración y traslación. Debido a la menor intensidad de corriente eléctrica en los no metálicos entonces los movimientos de las partículas son más vibracionales. La corriente eléctrica existe por el movimiento de los electrones libres. La conductividad térmica tiene mayor importancia en los sólidos metálicos como el cobre o el aluminio. Es muy bajo para los no metales como la landa de amianto y corcho. En los gases a bajos diámetros son mayores las conductividades porque es mayor el movimiento de las moléculas precisamente las colisiones por lo que se transfiere más la energía térmica. Aumenta con la presión y disminuye cuando baja la presión (cerca del vacío).
- Convección : La transmisión de calor por convección se compone de dos mecanismos simultáneos. El primero, es la transferencia de calor por conducción, debido al movimiento molecular, a la que se superpone la transferencia de energía por el movimiento de fracciones del fluido que se mueven accionadas por una fuerza externa, que puede ser un gradiente de densidad (convección natural), o una diferencia de presión producida mecánicamente (convección forzada) o una combinación de ambas. La cantidad de calor transferido por convección, se rige por la ley de enfriamiento de Newton.
- Radiación : Se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. El calor emitido por una superficie en la unidad de tiempo, viene dado por la ley de Stefan-Boltzmann,
¿Cómo se lleva a cabo el proceso de transmisión de calor por convección?
¿Cómo se transfiere el calor? Una rama muy interesante de la física es la termodinámica, especialmente para comprender el funcionamiento de los compresores de aire. En este artículo hablaremos sobre la transferencia de calor, siguiendo nuestra, Cualquier diferencia de dentro de un cuerpo o entre diferentes cuerpos o sistemas conlleva una transferencia de calor, hasta que se alcanza un equilibrio de temperatura. Esta transferencia de calor se puede producir de tres maneras diferentes:
a través de la conducción a través de la convección a través de la radiación
En situaciones reales, la transferencia de calor se produce simultáneamente, aunque no por igual en las tres formas. La conducción es la transferencia de calor por contacto directo de partículas. Se produce entre cuerpos sólidos o entre finas capas de un líquido o gas. Los átomos vibratorios emiten una parte de su energía cinética a los átomos adyacentes que vibran menos. La convección es la transferencia de calor entre una superficie sólida caliente y el fluido estacionario o en movimiento adyacente (gas o líquido), reforzado por la mezcla de una porción del fluido con el resto. Se puede producir como convección libre, por movimiento natural en un medio como resultado de las diferencias de densidad debido a las diferencias de temperatura. La radiación es la transferencia de calor a través del espacio vacío. Todos los cuerpos con una temperatura superior a 0 °K emiten calor por radiación electromagnética en todas las direcciones. Cuando los rayos de calor alcanzan un cuerpo, parte de la energía se absorbe y se transforma para calentar ese cuerpo.
- Los rayos que no se absorben pasan a través del cuerpo o se reflejan en él.
- En situaciones reales, la transmisión de calor es la suma de la transferencia de calor simultánea a través de la conducción, la convección y la radiación.
- La transmisión de calor en un intercambiador de calor es, en cada punto, una función de la diferencia de temperatura predominante y del coeficiente de transferencia de calor total.
Requiere el uso de una diferencia de temperatura media logarítmica Өm, en lugar de una aritmética lineal ΔT. La diferencia de temperatura media logarítmica se define como la relación entre las diferencias de temperatura en los dos lados de conexión del intercambiador de calor según la expresión:
¿Qué nombre recibe el promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo?
La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos o moléculas en el sistema.
¿Cómo cambia la temperatura durante el día?
De qué depende la temperatura normal – La temperatura del cuerpo no siempre es la misma: varía en función de varios factores:
El momento del día : la temperatura puede variar de 1ºC según la hora del día que se tome, con temperaturas más bajas en las primeras horas de la mañana y más altas en las últimas horas de la tarde. La actividad que se realiza : cuanto más ejercicio se practica, más probabilidad de que la temperatura sea más alta; durante el ejercicio aumenta porque el cuerpo está utilizando más energía para alimentar a los músculos. Los niveles hormonales : la temperatura también varía a lo largo del ciclo menstrual de una mujer debido a las fluctuaciones hormonales. Puede aumentar después de la ovulación hasta la menstruación de 0,5ºC a 1ºC. También es más elevada durante el embarazo como resultado de un aumento del metabolismo y la producción de hormonas como la progesterona. La edad : la temperatura normal de un bebé sano puede variar de los 36ºC a los 37,7ºC, según la Academia Americana de Pediatría (); la de los niños suele ser de alrededor de 36,3ºC a 37,6%; en adultos, va de los 36,5ºC a los 37,5ºC. Los bebés y niños suelen tener un rango de temperatura más amplio porque sus mecanismos de control del calor son menos efectivos. La zona donde se tome la temperatura : esta puede tomarse en la boca, las axilas o el recto. En la axila es un poco más baja que la que da una lectura oral. Se considera que la forma más precisa de medir la temperatura es en el recto.
La variabilidad de cifras, por tanto, probablemente no tenga mucha importancia fisiológica ya que hay distintos factores que determinan la temperatura en cada individuo. Quizás lo más adecuado sería hablar de una temperatura corporal normal para cada individuo en concreto.
¿Cómo se transmite el calor a través de la radiación?
Radiación – Puede sentir la transferencia de calor del Sol. El espacio entre la Tierra y el Sol está en gran parte vacío, por lo que el Sol nos calienta sin posibilidad de transferencia de calor por convección ni conducción. Del mismo modo, a veces, se puede saber que el horno está caliente sin tocar la puerta ni mirar en su interior: puede que simplemente usted se caliente al pasar por el frente. Figura 1.28 La mayor parte de la transferencia de calor de este fuego a los observadores se produce a través de radiación infrarroja. La luz visible, aunque dramática, transfiere relativamente poca energía térmica. La convección transfiere la energía lejos de los observadores a medida que el aire caliente sube, mientras que la conducción es insignificante en este caso.
La piel es muy sensible a la radiación infrarroja, por lo que se puede percibir la presencia de un fuego sin mirarlo directamente (créditos: Daniel O’Neil). La energía de la radiación electromagnética varía en un amplio rango, dependiendo de la longitud de onda: una longitud de onda más corta (o una mayor frecuencia) corresponde a una mayor energía.
Como se irradia más calor a mayor temperatura, las temperaturas más altas producen más intensidad en todas las longitudes de onda, pero especialmente en las más cortas. En la luz visible, la longitud de onda determina el color —el rojo tiene la longitud de onda más larga y el violeta la más corta—, por lo que un cambio de temperatura va acompañado de un cambio de color. Figura 1.29 a) Gráfico del espectro de las ondas electromagnéticas emitidas por un radiador ideal a tres temperaturas diferentes. La intensidad o tasa de emisión de la radiación aumenta drásticamente con la temperatura, y el espectro desciende en longitud de onda hacia las partes visibles y ultravioletas del espectro.
La parte sombreada indica la parte visible del espectro. Es evidente que el desplazamiento hacia el ultravioleta con la temperatura hace que el aspecto visible pase del rojo al blanco y al azul a medida que aumenta la temperatura. (b) Fíjese en las variaciones de color correspondientes a las variaciones de la temperatura de la llama.
La tasa de transferencia de calor por radiación también depende del color del objeto. El negro es el más eficaz, y el blanco es el menos eficaz. En un día claro de verano, el asfalto negro de un estacionamiento está más caliente que la acera gris adyacente, porque el negro absorbe mejor que el gris ( Figura 1.30 ).
- Lo contrario también es cierto: el negro irradia mejor que el gris.
- Así, en una noche clara de verano, el asfalto es más frío que la acera gris, porque el negro irradia la energía más rápidamente que el gris.
- Un objeto perfectamente negro sería un radiador ideal y un absorbente ideal, ya que captaría toda la radiación que cae sobre él.
Por el contrario, un objeto perfectamente blanco o un espejo perfecto reflejaría toda la radiación, y un objeto perfectamente transparente la transmitiría toda ( Figura 1.31 ). Dichos objetos no emitirían ninguna radiación. Matemáticamente, el color está representado por la emisividad e, Figura 1.30 El pavimento más oscuro está más caliente que el más claro (se ha derretido mucha más cantidad de hielo a la derecha), aunque ambos han estado a la luz del sol durante el mismo tiempo. Las conductividades térmicas de los pavimentos son las mismas. Figura 1.31 Un objeto negro es buen absorbente y radiador, mientras que un objeto blanco, claro o plateado es mal absorbente y radiador. Para verlo, considere un objeto plateado y un objeto negro que pueden intercambiar calor por radiación y están en equilibrio térmico.
Sabemos por experiencia que se mantendrán en equilibrio (resultado de un principio que se analizará ampliamente en la sección Segunda ley de la termodinámica ). Para que la temperatura del objeto negro se mantenga constante debe emitir tanta radiación como la energía que absorbe, por lo que debe ser tan bueno radiando como absorbiendo.
Consideraciones similares muestran que el objeto de plata debe irradiar tan poco como lo que absorbe. Así, una propiedad, emisividad, controla tanto radiación como absorción. Por último, el calor irradiado es proporcional a la superficie del objeto, ya que cada parte de la superficie irradia.
Si se desmenuzan las brasas de una hoguera, la radiación aumenta notablemente debido al incremento de la superficie radiante. La tasa de transferencia de calor por radiación emitida se describe mediante la ley de Stefan-Boltzmann de radiación : P = σ A e T 4, P = σ A e T 4, donde σ = 5,67 × 10 −8 J/s · m 2 · K 4 σ = 5,67 × 10 −8 J/s · m 2 · K 4 es la constante de Stefan-Boltzmann, una combinación de constantes fundamentales de la naturaleza; A es la superficie del objeto; y T es su temperatura en kelvins.
La proporcionalidad a la cuarta potencia de la temperatura absoluta es una dependencia de la temperatura notablemente fuerte. Permite detectar incluso pequeñas variaciones de temperatura. Las imágenes denominadas termógrafos se pueden usar en la medicina para detectar regiones de temperatura anormalmente alta en el cuerpo, tal vez indicativas de enfermedad. Figura 1.32 Una termografía de parte de un edificio muestra las variaciones de temperatura, e indica dónde es más intensa la transferencia de calor al exterior. Las ventanas son una de las principales regiones de transferencia de calor al exterior de las viviendas (créditos: Ejército de los EE. UU.). La ecuación de Stefan-Boltzmann solo necesita un ligero refinamiento para tratar un caso sencillo de absorción de radiación de un objeto de su entorno. Suponiendo que un objeto con una temperatura T 1 T 1 está rodeado de un ambiente con temperatura uniforme T 2 T 2, la tasa neta de transferencia de calor por radiación es P neta = σ e A ( T 2 4 − T 1 4 ), P neta = σ e A ( T 2 4 − T 1 4 ), 1.10 donde e es la emisividad del objeto solo. En otras palabras, no importa si el entorno es blanco, gris o negro: el equilibrio de la radiación que entra y sale del objeto depende de su capacidad de emisión y absorción. Cuando T 2 > T 1, T 2 > T 1, la cantidad P neta P neta es positiva, es decir, la transferencia de calor neta es de caliente a frío. Antes de hacer un ejemplo, tenemos que discutir una complicación: diferentes emisividades a diferentes longitudes de onda. Si la fracción de radiación incidente que refleja un objeto es la misma en todas las longitudes de onda visibles, el objeto es gris; si la fracción depende de la longitud de onda, el objeto tiene algún otro color. Por ejemplo, un objeto rojo o rojizo refleja la luz roja con más intensidad que otras longitudes de onda visibles. Como absorbe menos rojo, irradia menos rojo cuando está caliente. La reflexión y absorción diferencial de longitudes de onda fuera del rango visible no tiene ningún efecto sobre lo que vemos, pero pueden tener efectos físicamente importantes. La piel es un buen absorbente y emisor de radiación infrarroja, con una emisividad de 0,97 en el espectro infrarrojo. Así, a pesar de las evidentes variaciones en el color de la piel, todos somos casi negros en el infrarrojo. Esta alta emisividad infrarroja es la razón por la que podemos sentir tan fácilmente la radiación en nuestra piel. También es la base de la eficacia de los visores nocturnos que utilizan las fuerzas del orden y los militares para detectar seres humanos.
¿Qué es transferencia de calor por conducción ejemplos?
Qué es la conducción del calor – La conducción es una forma de transferir el calor entre dos cuerpos cuando están en contacto o en el momento que el calor dentro de un mismo cuerpo pasa de un lado a otro. El ejemplo perfecto es cuando calientas una barra de hierro en el fuego.
Al principio solo un extremo está caliente, después, el calor recorre todo el cuerpo hasta llegar a la otra punta que no está en contacto con la fuente de calor. El mecanismo de la conducción del calor se basa en el movimiento que hacen los átomos, Estos comienzan a agitarse y moverse mucho más rápido a medida que sube la temperatura.
Además, empujan a los átomos vecinos y les dan calor. La capacidad que tienen los materiales para conducir el calor es conocido como conductividad térmica. No todos los materiales tienen la misma y eso es importante, por ejemplo, para la construcción de una casa (la madera tiene baja conductividad térmica).
¿Cuál es la unidad de calor en el sistema internacional?
La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el julio o joule (J). A veces, la caloría (cal) todavía se usa en las aplicaciones científicas y tecnológicas.
¿Cómo se explica el nivel microscópico la conducción?
A nivel microscópico, el proceso de conducción se genera mediante la excitación de partículas no visibles, sean moléculas o átomos. La fuente de calor aumenta el nivel de vibración de las partículas que componen la materia expuesta y el efecto se propaga eventualmente a las partículas vecinas.
¿Cuáles son las formas de transferencia de energía?
Las cuatro formas principales de transferencia de energía, que son importantes en la protección contra heladas, son la radiación; la conducción (o flujo de calor al suelo); la convección (i.e. la transferencia de calor sensible y calor latente en el fluido); y los cambios de fase asociados con el agua (Figura 3.1).
¿Qué es la energía térmica y cómo se transmite?
La energía térmica proviene de lo caliente que está algo. ‘Calor’ significa energía térmica que se mueve de algo más caliente a algo más frío. La energía térmica puede transferirse de tres maneras: conducción, convección y radiación. La conducción es energía térmica que se mueve entre las moléculas que se tocan.