Artículo sobre la transferencia de calor por convección
¿Alguna vez has estado en la playa en un día soleado? En un día despejado, siempre sopla viento del mar. ¿Por qué siempre hay viento en la playa? ¿Por qué la brisa marina (viento que sopla del mar a la tierra) se produce durante el día y la brisa terrestre (viento que sopla de la tierra al mar) durante la noche? ¿Por qué en la temporada de lluvias las nubes pueden llegar hasta las laderas? ¿Por qué el viento se siente fresco? Las respuestas a estas preguntas están relacionadas con el calor específico de la tierra y el mar, la expansión, la densidad y la transferencia de calor por convección.
Al comprender bien y correctamente el tema, podrá responder a las preguntas anteriores y a otras preguntas que pueda formular más adelante.
La transferencia de calor por conducción suele ocurrir en objetos sólidos o de objetos sólidos a líquidos (y viceversa), o de objetos sólidos a gases (y viceversa). En cambio, la transferencia de calor por convección suele ocurrir en líquidos (p. ej., agua) y gases (p. ej., agua). La transferencia de calor por convección implica el desplazamiento de objetos. Para comprender mejor este fenómeno, analicemos un ejemplo: calentar agua con fuego. Al calentar agua en un recipiente, el calor se transfiere del fuego (temperatura alta) al recipiente (temperatura baja) por conducción y radiación. Posteriormente, el calor se transfiere del recipiente (temperatura más alta) al agua cercana (temperatura más baja) por conducción. Este calor adicional provoca un aumento en la temperatura del agua cerca del recipiente.
El aumento de la temperatura del agua provoca que esta se expanda o que su volumen aumente. Esto se debe a que, al aumentar el volumen del agua, su densidad disminuye. El agua cerca del fondo del recipiente tiene una temperatura más alta que el agua que está a su lado. En otras palabras, el agua cerca del fondo del recipiente tiene un mayor volumen y una menor densidad, mientras que el agua que está por encima tiene un menor volumen y una mayor densidad. La diferencia de densidad provoca que el agua en la superficie del recipiente, que tiene mayor densidad, se mueva hacia abajo y el agua cerca del fondo, que tiene menor densidad, se mueva hacia arriba. Este proceso ocurre continuamente hasta que toda el agua en el interior tenga la misma temperatura (si la presión atmosférica es de 1 atmósfera, entonces el agua en el recipiente se está evaporando o hirviendo a 100 °C). oC).
La presencia de vientos terrestres y brisas marinas implica la transferencia de calor por conducción y convección. El calor específico de la tierra es menor que el del agua de mar. Por lo tanto, el suelo se calienta más rápido al exponerse al sol y se enfría al anochecer. El calor de la tierra calienta con mayor rapidez el aire que se encuentra encima (el calor se transfiere de la tierra al aire por conducción). La temperatura del aire aumenta y este se expande, lo que reduce su densidad. Por el contrario, la temperatura del agua de mar es más baja, por lo que el aire por encima del nivel del mar también es más frío que el aire en la superficie terrestre.
El aire en la superficie del mar es más frío, por lo que su densidad es mayor. Esta diferencia de densidad provoca que el aire en la superficie del mar se desplace hacia la tierra, mientras que el aire en tierra asciende. Cuanto más lejos de la superficie terrestre, menor es la cantidad de aire debido a la menor fuerza de gravedad de la Tierra. Al disminuir la cantidad de aire, también disminuye la presión atmosférica.
El aire caliente que se encuentra en la tierra y asciende se enfría al estar más lejos de la superficie terrestre, lo que provoca una disminución de la presión atmosférica. El aire frío desciende entonces, no hacia la superficie terrestre, sino hacia la superficie del océano, donde las temperaturas son más bajas. Este proceso se repite continuamente, generando un flujo de aire desde el mar hacia la tierra. En resumen, el aire cercano a la superficie del mar desciende hacia la tierra, el aire cercano a la superficie terrestre asciende y el aire que se encuentra por encima de la superficie asciende hacia la superficie del mar.
¿Por qué el humo siempre asciende? El humo asciende porque su temperatura es superior a la del aire circundante. Debido a la mayor temperatura del humo, su volumen aumenta y su densidad disminuye. La menor masa de humo genera una menor presión en comparación con la presión del aire circundante. El aire que rodea al humo lo empuja hacia arriba.
¿Por qué las nubes descienden durante la temporada de lluvias? Durante esta época, las nubes contienen mucho vapor de agua, lo que aumenta su densidad. Las nubes con alto contenido de vapor de agua y alta densidad se desplazan hacia abajo, hacia zonas donde el aire circundante tiene una densidad similar a la de la nube. Si has comprendido bien la explicación anterior, podrás plantearte muchas preguntas y encontrar respuestas sobre este tema.
