2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24
Cualquier cuerpo material tiene una característica como el calor, que puede aumentar y disminuir. El calor no es una sustancia material: como parte de la energía interna de una sustancia, surge como resultado del movimiento y la interacción de las moléculas. Dado que el calor de diferentes sustancias puede diferir, existe un proceso de transferencia de calor de una sustancia más caliente a una sustancia con menos calor. Este proceso se llama transferencia de calor. Consideraremos los principales tipos de transferencia de calor y los mecanismos de su acción en este artículo.
Determinación de la transferencia de calor
La transferencia de calor, o el proceso de transferencia de temperatura, puede ocurrir tanto dentro de la materia como de una sustancia a otra. Al mismo tiempo, la intensidad de la transferencia de calor depende en gran medida de las propiedades físicas de la materia, la temperatura de las sustancias (si varias sustancias participan en la transferencia de calor) y las leyes de la física. La transferencia de calor es un proceso que siempre procede unilateralmente. El principio fundamental de la transferencia de calor es que el cuerpo más caliente siempre cede calor a un objeto con una temperatura más baja. Por ejemplo, al planchar la ropa, una plancha calienteda calidez a los pantalones, y no al revés. La transferencia de calor es un fenómeno dependiente del tiempo que caracteriza la distribución irreversible del calor en el espacio.
Mecanismos de transferencia de calor
Los mecanismos de interacción térmica de las sustancias pueden tomar diferentes formas. Hay tres tipos de transferencia de calor en la naturaleza:
- La conductividad térmica es un mecanismo de transferencia de calor intermolecular de una parte del cuerpo a otra u otro objeto. La propiedad se basa en la f alta de homogeneidad de la temperatura en las sustancias bajo consideración.
- Convección: intercambio de calor entre medios fluidos (líquido, aire).
- La acción de la radiación es la transferencia de calor de cuerpos calentados y calentados (fuentes) debido a su energía en forma de ondas electromagnéticas con un espectro constante.
Veamos los tipos de transferencia de calor enumerados con más detalle.
Conductividad térmica
La mayoría de las veces, la conductividad térmica se observa en los sólidos. Si, bajo la influencia de cualquier factor, aparecen áreas con diferentes temperaturas en la misma sustancia, la energía térmica de un área más caliente pasará a una fría. En algunos casos, este fenómeno puede incluso observarse visualmente. Por ejemplo, si tomamos una varilla de metal, digamos una aguja, y la calentamos al fuego, luego de un tiempo veremos cómo la energía térmica se transfiere a través de la aguja, formando un resplandor en un área determinada. Al mismo tiempo, en un lugar donde la temperatura es más alta, el resplandor es más brillante y, por el contrario, donde t es más bajo, es más oscuro. La conducción de calor también se puede observar entre dos cuerpos (una taza de té caliente y una mano)
La intensidad de la transferencia del flujo de calor depende de muchos factores, cuya proporción fue revelada por el matemático francés Fourier. Estos factores incluyen principalmente el gradiente de temperatura (la relación entre la diferencia de temperatura en los extremos de la varilla y la distancia de un extremo al otro), el área de la sección transversal del cuerpo y el coeficiente de conductividad térmica (es diferente para todas las sustancias, pero el más alto se observa en los metales). El coeficiente de conductividad térmica más significativo se observa en el cobre y el aluminio. No sorprende que estos dos metales se utilicen con mayor frecuencia en la fabricación de cables eléctricos. Siguiendo la ley de Fourier, el flujo de calor se puede aumentar o disminuir cambiando uno de estos parámetros.
Tipos de transferencia de calor por convección
La convección, que es característica principalmente de gases y líquidos, tiene dos componentes: la conductividad térmica intermolecular y el movimiento (distribución) del medio. El mecanismo de acción de la convección ocurre de la siguiente manera: con un aumento en la temperatura de una sustancia fluida, sus moléculas comienzan a moverse más activamente y, en ausencia de restricciones espaciales, el volumen de la sustancia aumenta. La consecuencia de este proceso será una disminución de la densidad de la sustancia y su movimiento ascendente. Un ejemplo notable de convección es el movimiento del aire calentado por un radiador desde una batería hasta el techo.
Distinga entre los tipos de transferencia de calor por convección libre y forzada. La transferencia de calor y el movimiento de masa en el tipo libre ocurren debido a la heterogeneidad de la sustancia, es decir, el líquido caliente se eleva por encima del frío natural.manera sin ser influenciado por fuerzas externas (por ejemplo, calentar una habitación con calefacción central). Con la convección forzada, el movimiento de la masa ocurre bajo la influencia de fuerzas externas, por ejemplo, al remover el té con una cuchara.
Transferencia de calor radiante
La transferencia de calor radiante o radiativa puede ocurrir sin contacto con otro objeto o sustancia, por lo tanto, es posible incluso en un espacio sin aire (vacío). La transferencia de calor por radiación es inherente a todos los cuerpos en mayor o menor medida y se manifiesta en forma de ondas electromagnéticas de espectro continuo. Un buen ejemplo de esto es el sol. El mecanismo de acción es el siguiente: el cuerpo irradia continuamente una cierta cantidad de calor hacia el espacio que lo rodea. Cuando esta energía golpea otro objeto o sustancia, parte de ella se absorbe, la segunda parte pasa y la tercera parte se refleja en el medio ambiente. Cualquier objeto puede tanto irradiar calor como absorberlo, mientras que las sustancias oscuras pueden absorber más calor que las claras.
Mecanismos combinados de transferencia de calor
En la naturaleza, los tipos de procesos de transferencia de calor rara vez se encuentran por separado. Mucho más a menudo se los puede ver juntos. En termodinámica, estas combinaciones incluso tienen nombres, por ejemplo, conductividad térmica + convección es transferencia de calor por convección, y conductividad térmica + radiación térmica se denomina transferencia de calor por conducción-radiación. Además, existen tipos combinados de transferencia de calor como:
- Disipación de calor -el movimiento de energía térmica entre un gas o líquido y un sólido.
- La transferencia de calor es la transferencia de t de una materia a otra a través de un obstáculo mecánico.
- La transferencia de calor por convección-radiación se forma combinando la convección y la radiación térmica.
Tipos de transferencia de calor en la naturaleza (ejemplos)
La transferencia de calor en la naturaleza juega un papel muy importante y no se limita al calentamiento del globo por los rayos del sol. Las corrientes de convección extensas, como el movimiento de las masas de aire, determinan en gran medida el clima en todo nuestro planeta.
La conductividad térmica del núcleo de la Tierra provoca la aparición de géiseres y la erupción de rocas volcánicas. Estos son solo algunos ejemplos de transferencia de calor a escala global. Juntos, forman los tipos de transferencia de calor por convección y los tipos de transferencia de calor por conducción radiativa necesarios para sustentar la vida en nuestro planeta.
El uso de la transferencia de calor en actividades antropológicas
El calor es un componente importante de casi todos los procesos de producción. Es difícil decir qué tipo de intercambio de calor utiliza el hombre sobre todo en la economía nacional. Probablemente los tres al mismo tiempo. Los procesos de transferencia de calor se utilizan para fundir metales, produciendo una amplia gama de productos que van desde artículos cotidianos hasta naves espaciales.
Extremadamente importantes para la civilización son las unidades térmicas capaces de convertir la energía térmica en energía útil. Entrepueden llamarse unidades de gasolina, diesel, compresores, turbinas. Para su trabajo, utilizan diferentes tipos de transferencia de calor.
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