Formas de transferir la energia termica
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La energía eléctrica
La fuente de calor de nuestro planeta es el sol. La energía del sol se transfiere a través del espacio y de la atmósfera terrestre a la superficie de la Tierra. Como esta energía calienta la superficie y la atmósfera de la Tierra, parte de ella es o se convierte en energía térmica. Hay tres formas de transferir el calor a la atmósfera y a través de ella:
Si has estado delante de una chimenea o cerca de una hoguera, habrás sentido la transferencia de calor conocida como radiación. El lado de su cuerpo más cercano al fuego se calienta, mientras que el otro lado no se ve afectado por el calor. Aunque estés rodeado de aire, éste no tiene nada que ver con esta transferencia de calor. Las lámparas de calor, que mantienen los alimentos calientes, funcionan de la misma manera. La radiación es la transferencia de energía térmica a través del espacio por medio de la radiación electromagnética.
La mayor parte de la radiación electromagnética que llega a la tierra desde el sol es invisible. Sólo una pequeña parte llega como luz visible. La luz está formada por ondas de diferentes frecuencias. La frecuencia es el número de veces que se repite un evento, durante un tiempo determinado. En la radiación electromagnética, su frecuencia es el número de ondas electromagnéticas que pasan por un punto cada segundo.
Convección
Mecanismos de transferencia de calor 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 simplemente formas de transferir 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. Existen tres formas diferentes de transferencia de calor: la conducción, la convección y el calor radiante (a menudo denominado radiación, pero es un término más general que incluye muchos otros fenómenos)[2] Existe 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.
Retroalimentación
Transferencias de energíaLa energía no puede crearse ni destruirse, pero puede sufrir transformaciones de una forma a otra. Toda la energía que no se convierte en una forma útil se disipa en el entorno en forma de calor. Los diagramas de Sankey son una representación visual de cómo se convierte la energía de una forma a otra. Almacenes de energíaLa energía se «almacena» en una forma determinada. Hay ocho tipos diferentes de almacenes de energía:
Utiliza la mnemotecnia «Naomi Campbell conoció a Grace Kelly para comer enchiladas» para ayudarte a recordar los diferentes almacenes de energía.Transferencias de energíaHay cuatro formas principales en las que la energía puede transferirse de una forma a otra:Conservación de la energíaHemos visto cómo la energía puede transferirse de un almacén a otro, pero es importante recordar que no puede crearse ni destruirse. Esto significa que la energía total de un sistema siempre es la misma y se denomina conservación de la energía. EficienciaCuando la energía se transfiere entre diferentes almacenes, no toda se transfiere a una forma útil de energía. Por ejemplo, cuando utilizo un hervidor para hervir agua, la energía eléctrica se transforma en energía térmica para calentar el agua. Sin embargo, parte de la energía también se desperdicia al calentar el aire circundante. Esta energía se propaga a los alrededores y se pierde: decimos que la energía se disipa. Podemos calcular la eficiencia de una determinada transferencia de energía utilizando la ecuación:
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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 mueve 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, frías o calientes, para lograr la transferencia de calor. Aunque estos mecanismos tienen características distintas, a menudo ocurren simultáneamente en el mismo sistema.
La conducción de calor, también llamada difusión, es el intercambio microscópico directo de energía cinética de las partículas a través del límite entre dos sistemas. Cuando un objeto está a una temperatura diferente de la de otro cuerpo o de su entorno, el calor fluye de manera que el cuerpo y el entorno alcanzan 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.
