Transferencia de calor por conduccion

Diferentes modos de transferencia de calor | conducción, convección

La conducción térmica es la transferencia de energía interna mediante colisiones microscópicas de partículas y el movimiento de electrones dentro de un cuerpo. Las partículas que colisionan, que incluyen moléculas, átomos y electrones, transfieren energía cinética y potencial microscópica desorganizada, conocida conjuntamente como energía interna. La conducción tiene lugar en todas las fases: sólida, líquida y gaseosa.

El calor fluye espontáneamente de un cuerpo más caliente a otro más frío. Por ejemplo, el calor se conduce desde la placa caliente de una estufa eléctrica hasta el fondo de una cacerola en contacto con ella. En ausencia de una fuente de energía impulsora externa opuesta, dentro de un cuerpo o entre cuerpos, las diferencias de temperatura disminuyen con el tiempo y se aproxima el equilibrio térmico, haciéndose más uniforme la temperatura.

En la conducción, el flujo de calor se produce dentro y a través del propio cuerpo. En cambio, en la transferencia de calor por radiación térmica, la transferencia suele producirse entre cuerpos, que pueden estar separados espacialmente. También es posible la transferencia de calor por una combinación de conducción y radiación térmica. En la convección, la energía interna es transportada entre cuerpos por un material portador en movimiento. En los sólidos, la conducción está mediada por la combinación de vibraciones y colisiones de moléculas, de propagación y colisiones de fonones, y de difusión y colisiones de electrones libres. En los gases y líquidos, la conducción se debe a las colisiones y la difusión de las moléculas durante su movimiento aleatorio. En este contexto, los fotones no colisionan entre sí, por lo que el transporte de calor por radiación electromagnética es conceptualmente distinto de la conducción de calor por difusión y colisiones microscópicas de partículas materiales y fonones. Pero la distinción no suele ser fácil de observar a menos que el material sea semitransparente.

Ciencia – transferencia de calor (conducción)

Un buen ejemplo sería calentar una lata de agua con un mechero Bunsen. Al principio, la llama produce una radiación que calienta la lata. A continuación, la lata transfiere el calor al agua por conducción. A continuación, el agua caliente sube a la parte superior, en el proceso de convección.

Otro ejemplo sería la atmósfera. La atmósfera se calienta por la radiación del Sol, la atmósfera presenta convección cuando el aire caliente cerca del ecuador sube produciendo vientos, y finalmente hay conducción entre las moléculas de aire, y pequeñas cantidades de conducción aire-tierra.

Aunque tal vez no sean los mejores ejemplos (ya que algunos de ellos implican una física más compleja), se pueden plantear muchos otros ejemplos de naturaleza más exótica: un horno de fundición, la lava en contacto con el agua del mar y el Sol. Te dejo que descubras esos otros (pero todos esos ejemplos tienen bastante en común).

Transferencia de calor – capítulo 1 – ejemplo de problema 3

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 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.

Física – energía – transferencia de calor – conducción

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.

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