Si te sientas en una silla de madera, la superficie de la silla se calienta. En cambio, si te sientas en una silla de plástico o metal, la superficie de la silla no se calienta. ¿Por qué la superficie de una silla de madera se calienta, mientras que la de una silla de metal no? ¿Por qué dormir en un suelo frío sin colchón puede causar dolor? ¿Alguna vez has usado una chaqueta de invierno? ¿Por qué la mayoría de las chaquetas de invierno son de lana? Aún quedan muchas preguntas y cuestiones por resolver relacionadas con la transferencia de calor por conducción.
Prepara una vela y un trozo de alambre fino. Sujeta un extremo del alambre y toca la llama de la vela con el otro extremo. Espera unos instantes hasta que sientas calor en la mano. ¿Por qué sientes calor en la mano? Cuando un extremo del alambre toca la llama de la vela, el calor se transfiere de la llama (temperatura alta) al otro extremo del alambre (temperatura baja). Esta transferencia de calor provoca que la temperatura del extremo del alambre que toca la llama aumente. La diferencia de temperatura entre el extremo del alambre que toca la llama y el otro extremo del alambre hace que el calor se transfiera del extremo que toca la llama al extremo que tocas con tu mano. Esta transferencia de calor provoca que la temperatura del extremo que tocas aumente. El calor se transfiere entonces a tu mano, que está más fría. Como resultado, sientes calor en la mano.
Cuando una parte de un objeto a alta temperatura entra en contacto con un objeto a baja temperatura, el calor se transfiere del objeto a alta temperatura al objeto a baja temperatura. Esta energía adicional provoca que los átomos y las moléculas que componen el objeto se muevan más rápido. Al moverse, las moléculas poseen energía cinética (EK = ½ mv² ) . Las moléculas que se mueven más rápido (con mayor energía cinética) chocan con las moléculas adyacentes. Estas, a su vez, chocan con otras moléculas cercanas, y así sucesivamente. De esta manera, las moléculas chocan entre sí, transfiriendo energía. La transferencia de calor que ocurre mediante colisiones entre las moléculas que componen un objeto se denomina transferencia de calor por conducción.
La fórmula para la transferencia de calor por conducción
El objeto de la izquierda tiene una temperatura más alta (T1) mientras que el objeto de la derecha tiene una temperatura más baja (T2). Debido a la diferencia de temperatura (T1 - T2El calor se mueve de un objeto con alta temperatura a un objeto con baja temperatura (la dirección del flujo de calor es hacia la derecha). El objeto a través del cual pasa el calor tiene un área de sección transversal (A) y una longitud (l).
Según los resultados del experimento, el calor transferido durante un intervalo de tiempo determinado (Q/t) es directamente proporcional a la diferencia de temperatura (T 1 – T 2 ), al área de la sección transversal (A) y a la naturaleza del objeto (k = conductividad térmica), e inversamente proporcional a su longitud. La fórmula para la tasa de transferencia de calor por conducción es la siguiente:
Descripción: Q/t = tasa de transferencia de calor, k = conductividad térmica, A = área de la sección transversal, T1 = alta temperatura, T2 = baja temperatura, l = longitud del objeto.
Aplicación de la transferencia de calor por conducción
¿Por qué las baldosas se sienten más frescas que la alfombra? Las baldosas tienen mayor conductividad térmica que las alfombras. Por lo tanto, son buenas conductoras del calor, mientras que las alfombras son malas conductoras. Cuando pisamos una alfombra, el calor fluye de nuestros pies a la alfombra. Esto sucede porque nuestra temperatura corporal es más alta que la de la alfombra. Las alfombras son malas conductoras del calor, por lo que el calor que fluye de nuestros pies se acumula en su superficie, calentándola. Cuando pisamos baldosas o cerámica, el calor fluye de nuestros pies a las baldosas o cerámica. Como las baldosas son buenas conductoras del calor, este no se retiene en su superficie. El calor fluye suavemente, lo que hace que nuestros pies se sientan fríos. Si vives en una zona fría, deberías cubrir el suelo de tu habitación con alfombra para que tu cuerpo no pierda calor. Por el contrario, si vives en una zona cálida, no deberías cubrir el suelo de tu habitación con alfombra, ya que no sentirás fresco, sino calor.
Dormir en el suelo sin colchón puede provocar enfermedades. ¿Por qué? Porque se transfiere una gran cantidad de calor del cuerpo al suelo. El calor es energía en movimiento. Cuando el cuerpo pierde mucho calor, sus niveles de energía disminuyen. ¡Si te falta energía, puedes enfermarte!
¿Cuál es la función de las ventanas y puertas? ¿Por qué deberían ser de madera? Por la noche, la temperatura del aire exterior es menor que la del interior. Esta diferencia de temperatura provoca que el calor se transfiera del interior al exterior. Por lo tanto, solemos cerrar las puertas y ventanas por la noche. Además de proteger contra intrusos, una de las funciones de las ventanas y puertas es evitar que el calor se escape de la casa. Generalmente, las puertas y ventanas son de madera. La conductividad térmica de la madera es lo suficientemente baja como para actuar como aislante térmico. Otra función de las ventanas y puertas es retener el aire. El aire atrapado en el interior actúa como un buen aislante (impidiendo que el calor se escape). La conductividad térmica del aire es muy baja. Cuanto menor sea la conductividad térmica de un objeto, más difícil será que el calor se transfiera por conducción a través de él.
Además de mantener nuestro estatus como seres humanos civilizados y normales 🙂, la ropa también sirve para mantener una temperatura corporal estable. La ropa que usamos generalmente se ajusta a la temperatura del aire. Cuando la temperatura del aire es bastante baja, usamos ropa más gruesa. Las mantas o la ropa gruesa (chaquetas, etc.) impiden que el aire circule con facilidad. El aire queda atrapado entre la piel y la chaqueta o manta. Debido a que hay una diferencia de temperatura entre nuestro cuerpo y el aire atrapado, el calor se transfiere del cuerpo al aire. El calor adicional del cuerpo hace que la temperatura del aire atrapado aumente (el aire se calienta). Observa la tabla de conductividad térmica anterior. El valor de conductividad térmica del aire es muy bajo. Por lo tanto, el calor no puede escapar del cuerpo. Nuestra temperatura corporal se mantiene estable. Si no usamos una chaqueta cuando el aire está bastante frío, el calor se escapa de nuestro cuerpo. Cuanto más calor se escapa del cuerpo, más energía pierde el cuerpo.
Ejemplo de
1. Examen Nacional 2011/2012 Pregunta A81 N.º 10
¡Presta atención a la siguiente afirmación!
(1) Conductividad del metal
(2) La diferencia de temperatura entre los extremos metálicos
(3) Longitud del metal
(4) Masa metálica
Los factores que determinan la velocidad de propagación del calor en los metales son...
A. (1), (2) y (3)
B. (1) y (4)
C. (2) y (4)
D. (3) y (4)
E. (4) solamente
Discusión
Según la fórmula para la tasa de transferencia de calor por conducción, los factores que determinan dicha tasa son la conductividad del metal (k), la diferencia de temperatura entre los extremos del metal (T) y la longitud del metal (l). La masa del metal no influye.
La respuesta correcta es A.
