Formas de transferir calor

Palabras de transferencia de calor

La energía puede transferirse de un objeto a otro realizando un trabajo.  Para realizar un trabajo es necesario que un agente ejerza una fuerza sobre un objeto a lo largo de una distancia.  Cuando se realiza un trabajo, se transfiere energía del agente al objeto, lo que provoca un cambio en el movimiento del objeto (más concretamente, un cambio en la energía cinética del objeto).
Supongamos que una persona (el agente) ejerce una fuerza sobre una carretilla (el objeto) que inicialmente está en reposo, haciendo que se mueva a lo largo de una determinada distancia. Recordemos que el trabajo realizado por la persona sobre la carretilla es igual al producto de la fuerza de la persona por la distancia recorrida por la carretilla. Observa que cuando se ejerce la fuerza sobre la carretilla, se produce un cambio en su movimiento. Su energía cinética aumenta. ¿Pero de dónde ha sacado la carretilla su energía cinética? La obtuvo la persona que ejercía la fuerza, que utilizó la energía química almacenada en los alimentos que comió para mover la carretilla. En otras palabras, cuando la persona hizo un trabajo en la carretilla, transfirió una cierta cantidad de energía química a la carretilla, haciendo que se moviera. Como resultado, la energía química almacenada por la persona disminuye y la energía cinética de la carretilla aumenta.

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La conducción es la transferencia de calor a través de la materia estacionaria por contacto físico. (La materia es estacionaria a escala macroscópica: sabemos que hay movimiento térmico de los átomos y las moléculas a cualquier temperatura por encima del cero absoluto). El calor transferido desde una estufa eléctrica al fondo de una olla es un ejemplo de conducción.
Algunos materiales conducen la energía térmica más rápidamente que otros. Por ejemplo, la almohada de tu habitación puede tener la misma temperatura que el pomo de la puerta de metal, pero el pomo se siente más frío al tacto. En general, los buenos conductores de la electricidad (metales como el cobre, el aluminio, el oro y la plata) son también buenos conductores del calor, mientras que los aislantes de la electricidad (madera, plástico y goma) son malos conductores del calor.
A escala microscópica, la conducción se produce cuando los átomos y moléculas que se mueven rápidamente o vibran interactúan con las partículas vecinas, transfiriendo parte de su energía cinética. El calor se transfiere por conducción cuando los átomos adyacentes vibran unos contra otros, o cuando los electrones se mueven de un átomo a otro. La conducción es el medio más importante de transferencia de calor dentro de un sólido o entre objetos sólidos en contacto térmico. La conducción es mayor en los sólidos porque la red de relaciones espaciales fijas relativamente estrechas entre los átomos ayuda a transferir energía entre ellos mediante la vibración.

Formas de transferir calor en línea

El calor siempre se transfiere del medio con mayor temperatura al medio con menor temperatura.Los tres métodos de transferencia de calor tienen sus campos de aplicación. Por ejemplo, un molde se calienta mejor con un calentador insertado (conducción), mientras que el vidrio puede doblarse con calentadores de infrarrojos. A menudo se utiliza una combinación de calor incidente (como la radiación combinada con la convección)
Esta figura (adaptada de «Thermal Physics» de Adkins) muestra varias curvas de Planck para cuerpos negros. La intensidad está en unidades de energía por unidad de área por unidad de ángulo sólido por unidad de tiempo por unidad de intervalo de longitud de onda. La línea discontinua ilustra la variación con la longitud de onda y la temperatura de los picos de las curvas. Se trata de una representación de la ley de Wien, que establece (max) ~ 0,29/T,donde (max) es la longitud de onda de máximo brillo en cm y T es la temperatura absoluta del cuerpo negro.

Conducción térmica

– Las moléculas de la parte más caliente del objeto vibran más rápido que las de las partes más frías. Las moléculas que se mueven más rápido transfieren parte de la energía a sus vecinas que se mueven más lentamente, transfiriendo así el calor a través del objeto.
– La radiación térmica se emite como resultado de los movimientos aleatorios de los átomos y las moléculas de la materia. Como estos átomos y moléculas están compuestos por partículas cargadas (protones y electrones), su movimiento provoca la emisión de radiación electromagnética, que transporta la energía fuera de la superficie del cuerpo.