PROPAGACIÓN DEL CALOR

PROPAGACIÓN DEL CALOR

Propagación, Transferencia o Trasmisión del Calor

El calor se propaga de una región a otra , o de un cuerpo a otro donde la temperatura es inferior, es decir que el calor fluye en una dirección de mayor a menor temperatura.

Métodos de Propagación

CONVECCIÓN

(líquidos y gases)

RADIACIÓN

(a través del medio)

CONDUCCIÓN

(entre sólidos)

1. Se transfiere energía térmica de un punto a otro de un fluido por el movimiento propio del mismo.

2. Se transmite energía térmica por el transporte de materia.

3. El material caliente se desplaza.

Cuando la energía molecular pasa de una región a otra del cuerpo, o de un cuerpo a otro cuerpo en contacto, sin que se desplacen las moléculas de los cuerpos.

A través de ondas electromagnéticas emitidas o absorbidas por un sólido, un líquido o un gas debido a su temperatura.

GRADIENTE DE TEMPERATURA (∇T)

Es la variación de temperatura por unidad de longitud a lo largo de la barra metálica.

∇T=ΔT/d [°C/cm] → [K/m]

Las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío.

Cuando la energía radiante incide sobre un cuerpo, parte es absorbida, parte es reflejada y parte es trasmitida.

Ley de Stephan-Boltzmann

P∝S(T)^4

P=cte.S(T)^4

cte ≡ σ'=5,670.(10^-8)W/(m^2)(K^4)

P=σ'S(T)^4

Para objetos calientes distintos de los radiadores ideales, la ley se expresa en la forma:

P=eσ'S(T)^4

e: emisividad de la superficie, que varia entre 0 y 1 (0≤e≤1).

e=1 para radiador ideal o cuerpo negro.

Emisividad: relación entre la radiación emitida por una superficie real y por el cuerpo a la misma temperatura. Depende del material de la superficie y su acabado, longitud de onda y la temperatura de la superficie.

LEY DE FOURIER

(Jean-Baptiste Joseph Fourier)

La rapidez de propagación del calor es directamente proporcional al gradiente de temperatura y a la sección de la barra conductora.

H∝∇T.S ; H = Q'/t ≡ P

H=cte.∇T.S

cte ≡ λ': coeficiente de conductividad térmica

H=λ'.∇T.S ; ∇T = ΔT/d

Q'/t = (λ'.ΔT.S)/d

λ' = (Q'.d)/ (t.ΔT.S) [J.m/s.K(m^2)] = [W/K.m]

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Es la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto.

La conductividad térmica es:

Elevadas: metales

Baja: polímeros

Muy baja: materiales especiales (fibra de vidrio), denominados aislantes térmicos.

Nula: en el vacío.

Resistividad Térmica: propiedad inversa a la conductividad térmica.

R'=1/λ'

Factores que influyen

Temperatura: diferente para metales y no metales. Metales: debido a electrones libres; no metales: fundamentalmente a vibraciones de partículas subatómicas.

Estructura del material: depende de su estructura microscópica. Fluidos: colisiones aleatorias de moléculas; sólido: intercambio de electrones libres (metales), o depende de las vibraciones de sus partículas microscópicas (no metales).

Cambios de fase del material: cuando un material sufre cambios de fase (sólido-líquido o líquido-gaseoso) la conductividad térmica puede cambiar.

se propaga por vibración de molécula a molécula.

Movimiento generado por la disminución de la densidad de los fluidos con el aumento de temperatura, produce un ascenso en contacto con una superficie caliente y un descenso al contacto con una superficie fría.

se transfiere mediante el movimiento real de un fluido.

Conclusiones

La rapidez de la energía radiada es directamente proporcional a la superficie y a la cuarta potencia de la temperatura absoluta.

Ejemplos: Calor del sol, radiación infrarroja de un radiador común, radiación térmica de un calefactor eléctrico, luz transmitida por una lámpara incandescente.

Las ondas viajan a través del espacio o de algún medio como luz invisible.

Un cuerpo que absorbe totalmente la energía radiante que sobre él incide recibe el nombre de cuerpo negro. Es el mejor absorbente y emisor de energía radiante, es decir tiene mayor poder emisor.