Mecanismos de Transmisión de Calor


Transferencia de calor

¿Alguna vez te has preguntado por qué cuando cocinas algo el mango de la sartén, cazo, etc. se calienta a pesar de no estar en contacto directo con el fuego o la vitrocerámica?  Esto se debe a los mecanismos de transmisión de calor. En este artículo te contamos cuáles son y en qué se diferencian.

Mecanismos de transmisión de calor

La transferencia de calor es un proceso en el que se intercambia calor entre distintos objetos o partes de un mismo objeto que están a distinta temperatura. El calor se puede transferir mediante 3 mecanismo: Por convección,  por radiación o por conducción. 

Si quieres conocer en qué consiste cada uno y ver algunos ejemplos sigue leyendo. 

Mecanismo de Transmisión de Calor por Conducción

La transmisión por conducción surge porque la energía se extiende debido a que las partículas chocan entre ellas. Cada uno de ellos cede parte de su energía cinética a las partículas con las que interaccionan,  sin que haya transporte neto de materia. Los átomos de las partes más calientes tienen más energía cinética que los de las partes más frías. 

Los mejores conductores de calor son los metales y los malos conductores como el aire, el plástico, la madera, etc. se llaman aislantes. La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencia de temperaturas entre 2 partes del medio conductor y la dirección de flujo siempre es de la temperatura más alta a la más baja. 

Este tipo de transmisión se produce en elementos sólidos ya que los líquidos conducen muy mal y los gases apenas conducen.  

Ejemplos de mecanismos de transmisión de calor por conducción

  • La longitud de los utensilios para manipular carbón es muy importante ya que si la extensión fuera más corta, la transferencia de calor sería en menos tiempo y  se calentarían los extremos.
  • Al hervir agua, el calor de la vitro o el fuego de la estufa pasa el calor al recipiente y posteriormente calienta el agua.
  • El calor que se transmite a una cuchara al volcar un líquido extremadamente caliente sobre ella.
  • A los cuchillos y tenedores se les pone un mango de madera para romper la conducción.

Mecanismo de Transmisión de Calor por Convección

La transmisión de calor por convección es el movimiento del calor en el aire trasladándose a un material que se encuentra a una temperatura distinta. Este mecanismo transfiere el calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural, producida solo por las diferencias de densidades de la materia, por ejemplo, el flujo se debe a diferencias de densidad causadas por expansión térmica, como el ascenso de aire caliente o forzada cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo, cuando el fluido circula impulsado por un ventilador o bomba. La convección sólo se da en líquidos y gases debido a que los átomos y moléculas son libres para moverse en el medio. 

Se suele pensar que un radiador calienta por radiación pero no es así. El radiador calienta el aire que está cerca de él y este aire sube creando un flujo que se acaba distribuyendo por todas partes. Siendo esto calor por convección natural. 

Sería convección forzada si un calefactor incorpora un ventilador ya que este fuerza el flujo de aire.

Ejemplos de mecanismos de transmisión de calor por convección

  • La transferencia de calor de una estufa.
  • Los globos aerostáticos, ya que se mantienen flotando por el aire caliente. 
  • El vapor de agua que empaña los vidrios de un baño por temperatura del agua al bañarse.
  • El secador de pelo o manos transmite calor por convección forzada.

Mecanismo de Transmisión de Calor por Radiación

La radiación se da cuando la propagación de calor es por ondas electromagnéticas como el infrarrojo, la luz visible y la radiación ultravioleta. La radiación térmica es energía que se emite en un cuerpo que se encuentra a una temperatura determinada y va hacia afuera en todas direcciones. Esta energía es producida por los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos y transportadas por ondas electromagnéticas o fotones, por esto se denomina radiación electromagnética

La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del espacio  transportando energía de un lugar a otro. Este tipo de transmisión de calor no necesita materia para propagarse.

Ejemplos de mecanismos de transmisión de calor por radiación

  • El calor que generan las ondas electromagnéticas del microondas.
  • Los rayos ultravioleta en la piel.
  • La luz emitida por una lámpara incandescente.
  • La energía solar en la atmósfera.

Para informarte más sobre el tema pincha aquí. 

El calor y la temperatura

A veces se utilizan los términos temperatura y calor de manera indistinta para referirse a ciertos fenómenos, pero se debe hacer una diferenciación ya que el calor y temperatura son dos conceptos distintos que están relacionados.

El calor

El calor es el proceso por el cual se transporta energía térmica entre elementos. Esto es debido a que la vibración de moléculas provoca el aumento de temperatura haciendo que se dilaten los cuerpos, se fundan los sólidos y se evaporen los  líquidos. Se denomina calorimetría a la parte de la física que estudia el calor.

Calor específico

El calor específico es la cantidad de calor que necesita proporcionarse a un elemento, objeto, etc. para aumentar su temperatura en una unidad. Se representa así: ‘c’ y la fórmula que se utiliza para calcularla es (c = C / m) siendo “C” la capacidad calorífica y “m” la masa de la sustancia.

Calor latente

El calor latente es la cantidad de calor que necesita transferirse a un objeto para cambiar su estado. Existe el calor latente de fusión, de solidificación y de evaporación. Para calcular el calor “Q” que se necesita para que un objeto cambie de estado se utiliza la siguiente fórmula: Q = m L.  Siendo ‘L’ el calor latente de la sustancia.  

Calor sensible

Es la cantidad de calor que absorbe o libera un objeto, elemento, etc. sin provocar cambios en su estado físico. Este tipo de calor depende de la presión que ejerce en el objeto ya que a mayor presión, mayor será el calor sensible y viceversa.

La temperatura

La temperatura mide el estado térmico de un objeto y la energía cinética de las moléculas. Nos permite conocer el nivel de energía térmica que tiene un elemento, cuerpo etc. Las partículas de los cuerpos tienen una energía cinética determinada cuyo valor medio está directamente relacionado con la temperatura del cuerpo. Por lo tanto, cuanta más energía cinética media de las partículas, más alta es la temperatura. 

Escalas de temperatura 

Para medir la temperatura se pueden utilizar  varias escalas, las principales son:

Escala centígrada o Celsius

  1. El valor 0 del termómetro  es el punto normal de congelación del agua
  2. El valor 100 del termómetro es el punto normal de ebullición del agua
  3. Dicho intervalo se divide en 100 partes iguales, las cuales se denominan grado Celsius ( ºC )

Escala Fahrenheit

  1. El valor 32 del termómetro es el punto normal de congelación del agua
  2. El valor 212 del termómetro es el punto normal de ebullición del agua
  3. Dicho intervalo se divide en 180 partes iguales, las cuales se denominan grado Fahrenheit ( ºF )

Escala Kelvin, absoluta o Kelvin

El Sistema Internacional de Unidades utiliza esta escala. El pilar fundamental de esta escala es la temperatura de cero absoluto, que sería la ausencia total de energía en forma de calor de un objeto, lo que se traduciría como -273,15 en grados centígrados.

Diferencia entre el calor y la temperatura

 CALORTEMPERATURA
UnidadesJoule CaloríasBTUCelsiusKelvinFarenheit
Instrumento de mediciónCalorímetroTermómetro
Símbolo«Q»«T»
EfectoAumenta la temperaturaDilataFundeVolatilizaRefleja el incremento de energía cinética de las moléculas
EjemploLa emisión de calor producida por un focoEl cero absoluto utilizado en física y química (-273 °C / 0°K).

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