En física, la transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.
Calor como forma de energía
Objetivo:
–Reconocer el calor como forma de energía en transito, entre sistemas que tienen diferente temperatura.
–Diferenciar el calor de otras formas de energía.
El calor es una manifestación de energía. El calor es una forma de energía. Examinando las fuentes de calor se confirma que aquél es el resultado de una transformación de otras formas de energía de acuerdo con la ley de la conservación de la energía, que dice: La energía no se crea ni se pierde, únicamente se transforma.
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 energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.
Conducción
En los sólidos el calor se propaga por conducción. La conducción es la forma que tiene el calor de
propagarse por los sólidos.
La agitación de las moléculas próximas al foco de calor se propaga a las moléculas vecinas sin
que se muevan de lugar. Hay
sólidos que son buenos conductores del calor, como los metales, y otros que conducen con dificultad el calor, como
la madera
o el corcho. Por eso, las paredes de las casas se recubren de estos materiales, para asegurar un buen aislamiento térmico.
El calor también puede ser conducido a través de líquidos y gases. La conducción se verifica
mediante la transferencia de
energía de movimiento entre moléculas adyacentes. En un gas, donde las moléculas “más calientes”
tienen más energía y movimientos,
se encargan de impartir energía a moléculas colindantes que están en niveles energéticos más
bajos. Este tipo de transferencia
siempre está presente, en mayor o menor grado, en sólidos líquidos y gases en los que exista un gradiente
de temperaturas.
En la conducción, la energía también puede transferirse por medio de electrones “libres” que
es un proceso muy importante
en los sólidos metálicos.
Convección
En los líquidos y en los gases el calor se propaga por convección. Las moléculas calientes de un líquido
o de un gas tienen
tendencia a elevarse, mientras que las moléculas frías tienden a descender. Así, se forman unas corrientes,
llamadas de convección,
que ayudan a transportar el calor a todas partes. Pueden observarse estas corrientes en un recipiente de agua que se está
calentando echando serrín en él.
La transferencia de calor por convección implica el transporte de calor a través de una fase y el mezclado de
elementos macroscópicos
de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Además, con frecuencia involucra también
el intercambio de energía
entre una superficie sólida y un fluido.
Existe una diferencia entre la transferencia de calor por convección forzada en la que se provoca el flujo de un fluido
sobre
una superficie sólida por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico y la convección
libre o natural, en
la cual un fluido más caliente o más frío que está en contacto con la superficie sólida,
causa una circulación debido a la
diferencia de densidades que resulta del gradiente de temperaturas en el fluido.
Radiación
El calor del Sol llega a la Tierra después de un largo viaje a través del espacio vacío. El calor del
Sol no se propaga
ni por conducción, ni por convección. Esta forma de propagación de la energía calorífica
que no precisa soporte material se
denomina radiación. Este tipo de propagación del calor también se da en lámparas eléctricas.
La radiación es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas,
de manera similar
a las ondas electromagnéticas que propagan y transfieren la luz. La transferencia radiante de calor se rige por las
mismas
leyes que dictan el comportamiento de la transferencia de luz. Los sólidos y los líquidos tienden a absorber
la radiación
que está siendo transferida a través de ellos, El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitación. por lo que la radiación adquiere su principal importancia
en la transferencia
a través del espacio o de gases.
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