fisica - Transferencia de Calor

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TRANSFERENCIA DE 
CALOR 
¿Qué Es La Transferencia De Calor? 
La transferencia de calor es el proceso de propagación del calor en distintos 
medios. Se produce siempre que existe un gradiente térmico o cuando dos 
sistemas con diferentes temperaturas se ponen en contacto. El proceso 
persiste hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que se igualan 
las temperaturas. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos 
objetos o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no 
puede ser detenida, solo puede hacerse más lenta. 
 
Tipos 
Conducción 
Es el proceso de transferencia de energía más relacionado con la diferencia 
de temperatura. En este proceso, a escala atómica la transferencia puede 
considerarse como un intercambio de energía cinética entre partículas 
microscópicas, moléculas, átomos y electrones, donde partículas menos 
energéticas ganan energía en colisiones con partículas más energéticas. 
En palabras menos complejas, el calor se transfiere por contacto de los 
cuerpos que están más calientes (es decir, que se encuentran a mayor 
temperatura y, por ende, albergan en ese momento mayor cantidad de 
energía) a aquellos que están más fríos (o sea, los que están a menor 
temperatura, ya que el frío es la ausencia de energía calorífica). 
 
Convección 
A diferencia de la conducción, la convección implica el movimiento de 
“gotas” de materia, el movimiento general de un fluido. Puede ocurrir en 
todos los fluidos, ya sean en estado líquido o gaseoso. 
La convección se define como el calor transmitido en un líquido o en un gas 
como consecuencia del movimiento real de las partículas calentadas en su 
seno. Si este movimiento es debido al efecto de la gravitación, en virtud de 
las diferencias de densidad, se llama convección natural. Si, por el contrario, 
el movimiento del fluido es producido por fuerzas exteriores, no relacionadas 
con la temperatura del fluido, la convección es forzada. 
 
Radiación 
Es la transferencia de energía calorífica por ondas electromagnéticas 
(infrarrojas) y es muy diferente a la conducción y a la convección. La 
conducción y la convección tienen lugar cuando el material que se está 
calentando está en contacto directo con la fuente de calor. En el 
calentamiento infrarrojo, no hay contacto directo con la fuente de calor. La 
energía infrarroja viaja en línea recta a través del espacio o el vacío (similar 
a la luz) y no genera calor hasta que es absorbida. La energía calorífica 
convertida se transmite entonces en el material mediante una convección 
o una conducción. 
La radiación de energía infrarroja proveniente de un cuerpo caliente 
(elemento calentador) que golpea la superficie de un cuerpo más frío (pieza 
de trabajo), es absorbida y convertida en energía calorífica. El secado de 
pintura mediante calentadores radiantes es una aplicación típica del 
calentamiento infrarrojo. El principio más importante en el calentamiento 
infrarrojo es que la energía infrarroja se irradia desde la fuente en líneas 
rectas y no se convierte en energía calorífica hasta que es absorbida por la 
pieza de trabajo. 
Emisión De La Energía Radiante 
Todas las sustancias a cualquier temperatura mayor que el cero absoluto, 
emiten energía radiante. Se transmite por medio de partículas elementales 
conocidas como fotones, esta produce una interacción con la materia para 
transferir una cantidad fija de energía. Está presente en las ondas 
electromagnéticas, rayos gamma, rayos ultravioletas (UV), rayos infrarrojos 
(IR), ondas de radio, luz visible (espectro electromagnético), incluso en la luz 
y el calor del sol. Siempre está en movimiento y viaja a una velocidad de 300 
mil kilómetros por segundo en el espacio. Forma un gran número de ondas 
de diferentes longitudes y frecuencias. Es un tipo de energía reflejada, 
porque no puede penetrar en la materia, sino más bien saltar. 
 
 
 
Absorción De Energía Radiante 
Cuando un objeto irradia energía también absorbe radiación. Si no ocurre 
este último proceso, un objeto finalmente irradiaría toda su energía y su 
temperatura alcanzaría el cero absoluto. La energía que un objeto absorbe 
proviene de su entorno, que está formado por otros objetos que irradian 
energía. Si un objeto está a una temperatura T y su entorno está a una 
temperatura T0, la energía neta ganada o perdida por el objeto en cada 
segundo. 
Cuando un objeto está en equilibrio con su entorno, irradia y absorbe 
energía con la misma rapidez, por lo que su temperatura permanece 
constante. Cuando está más caliente que su entorno, irradia más energía 
de la que absorbe y por eso se enfría. 
Un absorbedor ideal es un objeto que absorbe toda la radiación luminosa 
que incide sobre él, incluida la infrarroja invisible y la luz ultravioleta. Un 
objeto de este tipo se conoce como cuerpo negro porque un cuerpo negro 
a temperatura ambiente se vería negro. Debido a que un cuerpo negro no 
refleja radiación de ninguna longitud de onda, cualquier luz que venga de 
él es debida solamente a las vibraciones atómicas y moleculares. A su vez, 
un absorbedor ideal es de igual manera un irradiador ideal. 
 
Vida Cotidiana 
Globos Aerostáticos 
Los globos aerostáticos son un ejemplo de transferencia de calor por 
convección. Estos vuelan porque están llenos de aire caliente. Debido a que 
el aire caliente se eleva más rápido que el aire frío, el globo comienza a 
elevarse. Este fenómeno se conoce como flotabilidad, y es la que permite 
que los globos aerostáticos permanezcan en el aire. 
Los globos aerostáticos usan un quemador para calentar el aire dentro del 
globo. El quemador generalmente es alimentado por propano líquido. El 
quemador mezcla el combustible con aire y enciende la mezcla, creando 
una llamarada directamente debajo de la abertura del globo. Una vez que 
el aire dentro del globo comienza a calentarse, el globo se eleva. 
El piloto controla la altitud del globo, calentando el aire para elevar el globo 
o permitiendo que el aire se enfríe para hacer que el globo descienda. 
 
Utensilios Con Mango De Madera 
Algunos de los utensilios que solemos usar tiene, en ocasiones, un mango de 
madera. Este sirve para que el calor no llegue hasta el borde, pudiendo así, 
dejar que nosotros podamos tomas el utensilio sin quemarnos. La madera 
rompe la conducción de calor. 
 
Secador De Cabello 
Los secadores de pelo tienen un pequeño motor que funciona como un 
ventilador con aletas, forzando aire a través de una resistencia caliente que 
se encuentra alrededor del conducto de salida. 
Esta resistencia está controlada habitualmente y según los modelos, por un 
protector térmico que evita que, en caso de que el ventilador no encienda, 
se derrita el tubo que generalmente es de plástico. Transmiten calor por 
convección forzada. 
 
Microondas 
No existe nada caliente en el exterior que cocine el alimento, sino que la 
energía de las microondas se genera directamente, en el interior del 
alimento. Por así decirlo, los alimentos que normalmente cocinamos en el 
microondas son ligeramente trasparentes a las microondas. Éstas llegan a su 
interior y, a medida que se van propagando por el alimento, lo calientan. 
Las microondas hacen oscilar, vibrar, las moléculas del agua, los azúcares y 
ciertas grasas. De todas las sustancias que componen un alimento, la más 
activa es el agua. Las microondas agitan a las moléculas de agua, las hacen 
rotar rápidamente de un lado para otro, a una velocidad tremenda (unos 
2.400 millones de veces por segundo) y, en ese movimiento de giro rápido, 
las moléculas de agua chocan con las que hay en su entorno y les van 
comunicando energía, pero desordenada, con lo cual se produce un 
aumento de temperatura. 
 
 
Bombillas 
Las bombillas incandescentes iluminan a partir de un filamento de wolframio 
que se calienta a una temperatura de hasta 2.500 grados. Estas generan 
energíaradiante y pueden llegar a calentar, un ejemplo de este uso es el 
experimento de incubar un huevo con una bombilla. 
 
Radiación Solar 
La radiación solar es la energía emitida por el Sol, que se propaga en todas 
las direcciones a través del espacio mediante ondas electromagnéticas y 
se genera en las reacciones del hidrógeno en el núcleo del Sol por fusión 
nuclear y es emitida por la superficie solar. Esa energía es el motor que 
determina la dinámica de los procesos atmosféricos y el clima. 
El Sol emite energía en forma de radiación de onda corta. Después de pasar 
por la atmósfera, donde sufre un proceso de debilitamiento por la difusión, 
reflexión en las nubes y de absorción por las moléculas de gases (como el 
ozono y el vapor de agua) y por partículas en suspensión, la radiación solar 
alcanza la superficie terrestre oceánica y continental que la refleja o la 
absorbe. La cantidad de radiación absorbida por la superficie es devuelta 
en dirección al espacio exterior en forma de radiación de onda larga, con 
lo cual se transmite calor a la atmósfera. 
La radiación solar nos proporciona efectos fisiológicos positivos tales como: 
estimular la síntesis de vitamina D, que previene el raquitismo y la 
osteoporosis; favorecer la circulación sanguínea; actúa en el tratamiento de 
algunas dermatosis y en algunos casos estimula la síntesis de los 
neurotransmisores cerebrales responsables del estado anímico.