Ejemplos de energía térmica por conducción
Tan interesantes como los efectos de la transferencia de calor en un sistema son los métodos por los que ésta se produce. Siempre que hay una diferencia de temperatura, se produce una transferencia de calor. La transferencia de calor puede producirse rápidamente, como a través de una sartén, o lentamente, como a través de las paredes de una nevera de picnic. Podemos controlar las tasas de transferencia de calor eligiendo materiales (como la ropa de lana gruesa para el invierno), controlando el movimiento del aire (como el uso de burletes alrededor de las puertas) o eligiendo el color (como un techo blanco para reflejar la luz del sol en verano). Son muchos los procesos que implican transferencia de calor, por lo que es difícil imaginar una situación en la que no se produzca. Sin embargo, todos los procesos que implican una transferencia de calor se llevan a cabo mediante sólo tres métodos:
Figura 1. En una chimenea, la transferencia de calor se produce por los tres métodos: conducción, convección y radiación. La radiación es responsable de la mayor parte del calor que se transfiere a la habitación. La transferencia de calor también se produce por conducción en la habitación, pero a un ritmo mucho más lento. La transferencia de calor por convección también se produce a través del aire frío que entra en la habitación alrededor de las ventanas y el aire caliente que sale de la habitación subiendo por la chimenea.
Transferencia de energía térmica por contacto directo
Mecanismos de transferencia de calorEn otros idiomas: Français Figura 1. La foto de arriba muestra el aerogel, un aislante térmico extremadamente bueno, entre un soplete y unas cerillas. El aerogel bloquea todo el calor del soplete e impide que las cerillas se quemen[1].
Los mecanismos de transferencia de calor son las formas en las que se puede transferir la energía térmica entre objetos, y todos ellos se basan en el principio básico de que la energía cinética o el calor quieren estar en equilibrio o en estados de energía iguales. Hay tres formas diferentes de que se produzca la transferencia de calor: conducción, convección y calor radiante (a menudo referido como radiación, pero es un término más general que incluye muchos otros fenómenos)[2] Hay un fenómeno relacionado que transfiere el calor latente llamado evapotranspiración.
La conducción es el modelo de transferencia de calor más simple en términos de poder crear una explicación matemática de lo que ocurre. Se trata del movimiento de la energía cinética de los materiales desde las zonas de mayor temperatura a las de menor temperatura a través de una sustancia[3] Las moléculas simplemente cederán su energía a las moléculas adyacentes hasta que se alcance un equilibrio. Los modelos de conducción no se ocupan del movimiento de las partículas dentro del material.
¿Cuándo termina la transferencia de energía térmica?
Simulación de la convección térmica en el manto terrestre. Los colores van desde el rojo y el verde hasta el azul con temperaturas decrecientes. Una capa límite inferior caliente y menos densa envía penachos de material caliente hacia arriba, y el material frío de la parte superior se desplaza hacia abajo.
La transferencia de calor es una disciplina de la ingeniería térmica que se ocupa de la generación, uso, conversión e intercambio de energía térmica (calor) entre sistemas físicos. La transferencia de calor se clasifica en varios mecanismos, como la conducción térmica, la convección térmica, la radiación térmica y la transferencia de energía por cambios de fase. Los ingenieros también consideran la transferencia de masa de diferentes especies químicas (transferencia de masa en forma de advección), ya sea fría o caliente, para lograr la transferencia de calor. Aunque estos mecanismos tienen características distintas, a menudo se producen simultáneamente en el mismo sistema.
La conducción de calor, también llamada difusión, es el intercambio microscópico directo de energía cinética de partículas (como las moléculas) o cuasipartículas (como las ondas de red) a través de la frontera entre dos sistemas. Cuando un objeto se encuentra a una temperatura diferente de la de otro cuerpo o de su entorno, el calor fluye para que el cuerpo y el entorno alcancen la misma temperatura, momento en el que se encuentran en equilibrio térmico. Esta transferencia de calor espontánea se produce siempre desde una región de alta temperatura a otra de menor temperatura, tal y como se describe en la segunda ley de la termodinámica.
Transferencia de calor
Calor y energía térmica son términos que utilizamos para describir el nivel de actividad de las moléculas de un objeto. Un objeto con moléculas muy “excitadas” y que se mueven rápidamente se conoce como caliente, mientras que un objeto con moléculas cuyos átomos se mueven menos rápidamente se conoce como frío. La energía calorífica, o energía térmica, puede transferirse entre objetos. Así, el calor se refiere a esta transferencia de energía entre objetos, mientras que la temperatura se refiere a la energía contenida en el interior de los objetos.
Ejemplos cotidianos de energía térmicaHay tres formas básicas de transferir la energía térmica: convección, conducción y radiación. La convección transfiere la energía térmica a través de gases o líquidos. La conducción transfiere la energía térmica de un sólido a otro. La radiación transfiere el calor en forma de ondas o partículas a través de lugares donde no hay moléculas. Es una forma de energía electromagnética. Estos son algunos ejemplos comunes de energía térmica.
Calentamiento Así pues, la energía térmica procede de un objeto o sustancia cuyas moléculas y átomos se mueven más rápidamente debido a un aumento de la temperatura. Ahora que has visto muchos ejemplos de energía térmica, la próxima vez que tu mascota se suba a tu regazo podrás experimentar de primera mano cómo funciona la energía térmica.