Existen tres tipos de transferencia de calor , que incluyen la transferencia de calor por conducción, convección y radiación.
Transferencia de calor por conducción. Cuando un objeto a alta temperatura entra en contacto con uno a baja temperatura, la energía se transfiere del objeto a este último. Esta energía adicional provoca que los átomos y las moléculas que lo componen 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 forma, las moléculas chocan entre sí, transfiriendo energía. La transferencia de calor que se produce mediante colisiones entre las moléculas que componen un objeto se denomina conducción. La conducción suele ocurrir en sólidos, de sólidos a líquidos (de líquidos a sólidos) o de sólidos a gases (de gases a sólidos).
Transferencia de calor por convección. La convección suele ocurrir en líquidos (como el agua) y gases (como el aire). La convección es la transferencia de calor acompañada del movimiento de un objeto debido a cambios en su densidad. La densidad de un objeto cambia porque su volumen cambia. El volumen de un objeto cambia porque el objeto absorbe cierta cantidad de calor.
Transferencia de calor por radiación. La radiación es la transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas. Ejemplos de radiación incluyen el calor que sientes cuando estás cerca de una estufa y la radiación del sol a la Tierra. El sol tiene una temperatura más alta (alrededor de 6000 Kelvin), mientras que la Tierra tiene una temperatura más baja. Esta diferencia de temperatura entre el sol y la Tierra provoca que el calor se mueva del sol (temperatura más alta) a la Tierra (temperatura más baja). Si la radiación del sol a la Tierra requiriera un medio, como la conducción y la convección, el calor no llegaría a la Tierra porque tendría que atravesar el vacío.
Ejemplo de
1. Pregunta n.º 19 del examen nacional de física de SMA/MA 2015/2016
Dos varillas metálicas del mismo tamaño, pero hechas de metales diferentes, se unen como se muestra en la figura siguiente. Si la conductividad térmica del metal I es cuatro veces mayor que la del metal II, entonces la temperatura en la unión de los dos metales es…
A. 45oC
B. 40 ° C
C. 35 ° C
D. 30 ° C
E. 25 ° C
Discusión
Se sabe que:
Conductividad térmica del metal I = 4k
Conductividad térmica del metal II = k
Temperatura del borde del metal I = 50 ° C
Temperatura del borde del metal II = 0 ° C
Pregunta: Temperatura en la unión de los dos metales
Respuesta :
La fórmula para la tasa de transferencia de calor por conducción:
Descripción: Q/t = tasa de transferencia de calor, k = conductividad térmica, A = área superficial, T 1 -T 2 = cambio de temperatura, l = longitud de la varilla
Los dos metales tienen el mismo tamaño, por lo que A y l se eliminan de la ecuación.
La respuesta correcta es B.
2. Pregunta n.º 19 del examen nacional de física de SMA/MA 2015/2016
La siguiente figura muestra dos varillas metálicas, A y B, de diferentes tipos, unidas por un extremo.
El área de la sección transversal de ambas varillas es la misma, pero la longitud de A es el doble que la de B y el coeficiente de conductividad térmica de A es 3 veces mayor que el de B. Si los extremos libres de A y B se someten a temperaturas de diferente magnitud, entonces la temperatura exacta en la unión es…
A. 60oC
B. 64 ° C
C. 70 ° C
D. 76 ° C
E. 78 ° C
Discusión
Se sabe que:
Conductividad térmica de la varilla A = 3k
Conductividad térmica de la varilla B = k
Longitud de la varilla A = 2l
Longitud de la varilla B = l
Temperatura del extremo de la varilla A = 100 ° C
Temperatura del extremo de la varilla B = 40 ° C
Pregunta: Temperatura en la unión de las dos varillas
Respuesta :
La fórmula para la tasa de transferencia de calor por conducción:
Descripción: Q/t = tasa de transferencia de calor, k = conductividad térmica, A = área superficial, T 1 -T 2 = cambio de temperatura, l = longitud de la varilla
Ambas varillas tienen la misma área de sección transversal, por lo que se elimina A de la ecuación.
La respuesta correcta es D.
3. Pregunta n.º 14 del examen nacional de física de SMA/MA 2014/2015
Preste atención a la siguiente afirmación:
(1) conductividad del metal
(2) 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
La transferencia de calor en los metales se produce por conducción. La fórmula para la tasa de transferencia de calor por conducción es:
Descripción: Q/t = tasa de transferencia de calor, k = conductividad térmica, A = área superficial, T 1 -T 2 = cambio de temperatura, l = longitud de la varilla
La respuesta correcta es A.
