Propagación del calor: conducción, convección o radiación
Buenos días.
En otra de las entradas hemos hablado de calor latente y calor específico. Ahora vamos a ver las diferentes formas de propagación del calor. Si quieres ver ejercicios resueltos de conducción, convección o radiación pincha en los enlaces de la derecha o bien visita el canal de YouTube que tienes en el cuadro de arriba. No olvides suscribirte al canal. Muchas gracias.
La propagación del calor puede ocurrir por conducción, convección y radiación; este último tipo no solicita el contacto térmico entre los cuerpos implicados en el proceso de traslado.
Los tres mecanismos de propagación del calor pueden tener lugar al mismo tiempo, pero puede suceder que, según los casos, uno de ellos prevalezca sobre los otros dos.
Por ejemplo, por el muro de una casa, el calor predominantemente se propaga por conducción, mientras el agua de un recipiente puesto sobre un hornillo se calienta casi exclusivamente por convección así como la superficie terrenal únicamente recibe energía térmica del Sol por radiación.
El calor se propaga en tres modos diferentes: por conducción, convección o radiación.
La conducción ocurre por contacto entre cuerpos sólidos, y es responsable del fenómeno por lo que el calor transmitido por el fuego a la punta de un atizador llega hasta el mango.
La convección concierne a la difusión del calor en los fluidos y ocurre con transporte de materia: es por convección que el agua de un hervidor se calienta uniformemente, incluso estando más en contacto solo en la zona baja con el hornillo.
La radiación consiste en la propagación sin contacto de energía térmica bajo forma de ondas electromagnéticas (infrarrojas); gracias a la radiación la tibieza de la llama de una chimenea se difunde en todo el entorno.
Conducción
La conducción es una manera de propagación del calor característica en los cuerpos sólidos; si se calienta una extremidad de una barra, el calor se traslada rápidamente hacia la otra extremidad hasta lograr el equilibrio térmico, es decir, hasta que la temperatura de la barra es uniforme.
A nivel microscópico, el traslado de calor de un punto al otro de la barra ocurre a nivel de la energía vibratoria de los átomos o las moléculas que constituyen su retículo cristalino; en el caso específico de los metales, que poseen numerosos electrones libres, el traslado de calor también ocurre por el movimiento de éste que, chocando entre y contra las moléculas del retículo cristalino, trasladan energía de un punto al otro del cuerpo.
Este fenómeno explica por qué los buenos conductores eléctricos, son caracterizados por una elevada movilidad de los electrones libres por naturaleza, también son buenos conductores de calor.
En los fluidos, el calor se puede propagar por conducción; mientras en los sólidos, sin embargo, los átomos y las moléculas ocupan posiciones fijas y el único movimiento posible es la vibración alrededor de tales posiciones, en los líquidos y en los gases las partículas están libres de trasladar y de chocar una contra otra.
Así, en las sustancias que se encuentran en estado fluido, la conducción del calor ocurre a causa de los choques entre átomos y moléculas: aquellos dotados de energía mayor, “más calientes", chocan contra aquellos dotados de energía menor, trasladándoles parte de energía.
Convección
La propagación del calor en los líquidos y en los gases prevalentemente ocurre por convección, un mecanismo que comporta un traslado efectivo de materia de una parte a la otra del cuerpo.
Cuando una sustancia líquida o gaseosa es calentada, la porción de sustancia más cercana a la fuente de calor se vuelve menos densa y, encontrándose en un campo gravitatorio, tiene tendencia a subir hacia arriba, mientras la parte más fría, más densa y por lo tanto más pesada, tiene tendencia a bajar hacia abajo.
Este movimiento, debido a una no uniformidad de la temperatura en el fluido, se denomina movimiento de convección o transmisión natural; en el caso en que las diferencias de temperatura dentro del fluido sean elevadas, el movimiento convectivo será turbulento.
Un ejemplo de convección natural es lo que ocurre cuando se calienta una habitación: el aire caliente es empujado a subir hacia arriba, mientras que el aire más frío es atraído por el radiador.
Ya que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, se consigue la máxima eficacia de funcionamiento tanto en los radiadores como en los acondicionadores de aire instalando los primeros cerca del suelo y los segundos cerca del techo.
El fenómeno de la transmisión natural favorece el remonte del aire caliente, el vapor en las calderas y la aspiración del aire en las chimeneas.
La convección además explica el movimiento de las grandes masas de aire alrededor de la Tierra, la acción de los vientos, la formación de las nubes, las corrientes oceánicas y el traslado de calor del interior a la superficie del Sol.
Radiación
El traslado del calor por radiación tiene características notablemente diferentes con respecto de las otras dos modalidades: se trata efectivamente de un fenómeno esencialmente electromagnético, que no solicita el contacto directo entre los cuerpos y también puede ocurrir en el vacío.
En síntesis, cada cuerpo emite radiaciones electromagnéticas en medida dependiente de su temperatura; un cuerpo ideal capaz de absorber toda la radiación que incide sobre él, emite a su vez dicha radiación, bajo forma de radiaciones electromagnéticas (cuerpo negro).
La distribución de la energía en función de la frecuencia sigue una ley que deriva de la hipótesis que la radiación, contrariamente sobre cuanto hipotizado en la teoría electromagnética clásica, no se propaga de modo continuo, si no por cuántos de energía o fotones.
Radiación emitida y transmitida
En general, una superficie absorbe y en parte refleja la radiación incidente, por tanto el porcentaje de radiación absorta es mayor para la superficie oscura y rugosa y menor para aquellas brillantes y lisas.
Además, un buen absorbedor también puede ser un buen emisor; por ejemplo, las ollas de cocina generalmente tienen el fondo opaco para mejorar la absorción de calor y las paredes lisas y brillantes para minimizar la emisión, maximizando así el traslado de calor dentro de la misma olla.
En otra de las entradas hemos hablado de calor latente y calor específico. Ahora vamos a ver las diferentes formas de propagación del calor. Si quieres ver ejercicios resueltos de conducción, convección o radiación pincha en los enlaces de la derecha o bien visita el canal de YouTube que tienes en el cuadro de arriba. No olvides suscribirte al canal. Muchas gracias.
La propagación del calor puede ocurrir por conducción, convección y radiación; este último tipo no solicita el contacto térmico entre los cuerpos implicados en el proceso de traslado.
Los tres mecanismos de propagación del calor pueden tener lugar al mismo tiempo, pero puede suceder que, según los casos, uno de ellos prevalezca sobre los otros dos.
Por ejemplo, por el muro de una casa, el calor predominantemente se propaga por conducción, mientras el agua de un recipiente puesto sobre un hornillo se calienta casi exclusivamente por convección así como la superficie terrenal únicamente recibe energía térmica del Sol por radiación.
El calor se propaga en tres modos diferentes: por conducción, convección o radiación.
La conducción ocurre por contacto entre cuerpos sólidos, y es responsable del fenómeno por lo que el calor transmitido por el fuego a la punta de un atizador llega hasta el mango.
La convección concierne a la difusión del calor en los fluidos y ocurre con transporte de materia: es por convección que el agua de un hervidor se calienta uniformemente, incluso estando más en contacto solo en la zona baja con el hornillo.
La radiación consiste en la propagación sin contacto de energía térmica bajo forma de ondas electromagnéticas (infrarrojas); gracias a la radiación la tibieza de la llama de una chimenea se difunde en todo el entorno.
Conducción
La conducción es una manera de propagación del calor característica en los cuerpos sólidos; si se calienta una extremidad de una barra, el calor se traslada rápidamente hacia la otra extremidad hasta lograr el equilibrio térmico, es decir, hasta que la temperatura de la barra es uniforme.
A nivel microscópico, el traslado de calor de un punto al otro de la barra ocurre a nivel de la energía vibratoria de los átomos o las moléculas que constituyen su retículo cristalino; en el caso específico de los metales, que poseen numerosos electrones libres, el traslado de calor también ocurre por el movimiento de éste que, chocando entre y contra las moléculas del retículo cristalino, trasladan energía de un punto al otro del cuerpo.
Este fenómeno explica por qué los buenos conductores eléctricos, son caracterizados por una elevada movilidad de los electrones libres por naturaleza, también son buenos conductores de calor.
En los fluidos, el calor se puede propagar por conducción; mientras en los sólidos, sin embargo, los átomos y las moléculas ocupan posiciones fijas y el único movimiento posible es la vibración alrededor de tales posiciones, en los líquidos y en los gases las partículas están libres de trasladar y de chocar una contra otra.
Así, en las sustancias que se encuentran en estado fluido, la conducción del calor ocurre a causa de los choques entre átomos y moléculas: aquellos dotados de energía mayor, “más calientes", chocan contra aquellos dotados de energía menor, trasladándoles parte de energía.
Convección
La propagación del calor en los líquidos y en los gases prevalentemente ocurre por convección, un mecanismo que comporta un traslado efectivo de materia de una parte a la otra del cuerpo.
Cuando una sustancia líquida o gaseosa es calentada, la porción de sustancia más cercana a la fuente de calor se vuelve menos densa y, encontrándose en un campo gravitatorio, tiene tendencia a subir hacia arriba, mientras la parte más fría, más densa y por lo tanto más pesada, tiene tendencia a bajar hacia abajo.
Este movimiento, debido a una no uniformidad de la temperatura en el fluido, se denomina movimiento de convección o transmisión natural; en el caso en que las diferencias de temperatura dentro del fluido sean elevadas, el movimiento convectivo será turbulento.
Un ejemplo de convección natural es lo que ocurre cuando se calienta una habitación: el aire caliente es empujado a subir hacia arriba, mientras que el aire más frío es atraído por el radiador.
Ya que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, se consigue la máxima eficacia de funcionamiento tanto en los radiadores como en los acondicionadores de aire instalando los primeros cerca del suelo y los segundos cerca del techo.
El fenómeno de la transmisión natural favorece el remonte del aire caliente, el vapor en las calderas y la aspiración del aire en las chimeneas.
La convección además explica el movimiento de las grandes masas de aire alrededor de la Tierra, la acción de los vientos, la formación de las nubes, las corrientes oceánicas y el traslado de calor del interior a la superficie del Sol.
Radiación
El traslado del calor por radiación tiene características notablemente diferentes con respecto de las otras dos modalidades: se trata efectivamente de un fenómeno esencialmente electromagnético, que no solicita el contacto directo entre los cuerpos y también puede ocurrir en el vacío.
En síntesis, cada cuerpo emite radiaciones electromagnéticas en medida dependiente de su temperatura; un cuerpo ideal capaz de absorber toda la radiación que incide sobre él, emite a su vez dicha radiación, bajo forma de radiaciones electromagnéticas (cuerpo negro).
La distribución de la energía en función de la frecuencia sigue una ley que deriva de la hipótesis que la radiación, contrariamente sobre cuanto hipotizado en la teoría electromagnética clásica, no se propaga de modo continuo, si no por cuántos de energía o fotones.
Radiación emitida y transmitida
En general, una superficie absorbe y en parte refleja la radiación incidente, por tanto el porcentaje de radiación absorta es mayor para la superficie oscura y rugosa y menor para aquellas brillantes y lisas.
Además, un buen absorbedor también puede ser un buen emisor; por ejemplo, las ollas de cocina generalmente tienen el fondo opaco para mejorar la absorción de calor y las paredes lisas y brillantes para minimizar la emisión, maximizando así el traslado de calor dentro de la misma olla.
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