Se te sentas nunha cadeira de madeira, a superficie da cadeira de madeira quéntase. Pola contra, se te sentas nunha cadeira de plástico ou metal, a superficie da cadeira de metal ou plástico non se sente quente despois de sentarte nela. Por que a superficie dunha cadeira de madeira está quente, mentres que a superficie dunha cadeira de metal non? Por que pode causar dor durmir nun chan frío sen colchón? Usaches algunha vez unha chaqueta fría? Por que a maioría das chaquetas frías están feitas de la? Aínda hai moitas cousas nas que pensar e preguntarse relacionadas co tema da transferencia de calor por condución.
Prepara unha candea e un anaco de arame fino. Suxeita un extremo do arame e toca a chama da candea co outro extremo. Agarda uns intres ata que a túa man se sinta quente. Por que se sente quente a túa man? Cando un extremo do arame toca a chama da candea, a calor móvese desde a chama da candea (temperatura alta) ao outro extremo do arame (temperatura baixa). Esta transferencia de calor fai que aumente a temperatura do extremo do arame que toca a chama. A diferenza de temperatura entre o extremo do arame que toca a chama da candea e o outro extremo do arame fai que a calor se mova desde o extremo do arame que toca a chama ao extremo do arame que toca a túa man. Esta transferencia de calor fai que aumente a temperatura do extremo do arame que se toca. A calor entón móvese á túa man máis fría. Como resultado, a túa man se sente quente.
Cando unha parte dun obxecto a alta temperatura entra en contacto cun obxecto a baixa temperatura, a calor móvese do obxecto a alta temperatura ao obxecto a baixa temperatura. A enerxía adicional fai que os átomos e as moléculas que compoñen o obxecto se movan máis rápido. A medida que se moven, as moléculas teñen enerxía cinética (EK = ½ mv² ) . As moléculas que se moven máis rápido (con maior enerxía cinética) chocan coas moléculas que están ao seu carón. Estas moléculas chocan entón con outras moléculas que están ao seu carón. E así sucesivamente. Así, as moléculas chocan entre si, transferindo enerxía. A transferencia de calor que se produce a través de colisións entre as moléculas que compoñen un obxecto chámase transferencia de calor por condución.
Fórmula para a transferencia de calor por condución
O obxecto da esquerda ten unha temperatura máis alta (T1) mentres que o obxecto da dereita ten unha temperatura máis baixa (T2). Debido á diferenza de temperatura (T1 - T2), a calor móvese dun obxecto con alta temperatura a un obxecto con baixa temperatura (a dirección do fluxo de calor é cara á dereita). O obxecto a través do cal pasa a calor ten unha área de sección transversal (A) e unha lonxitude (l).
Segundo os resultados do experimento, a calor transferida durante un determinado intervalo de tempo (Q/t) é directamente proporcional á diferenza de temperatura (T1 – T2 ) , á área da sección transversal (A), á natureza do obxecto (k = condutividade térmica) e inversamente proporcional á lonxitude do obxecto. A fórmula para a taxa de transferencia de calor por condución é:
Descrición: Q/t = taxa de transferencia de calor, k = condutividade térmica, A = área da sección transversal, T1 = temperatura alta, T2 = baixa temperatura, l = lonxitude do obxecto.
Aplicación da transferencia de calor por condución
Por que as baldosas parecen máis frías que as alfombras? As baldosas teñen maior condutividade térmica que as alfombras. Polo tanto, as baldosas son bos condutores da calor, mentres que as alfombras son malos condutores da calor. Cando pisamos unha alfombra, a calor flúe dos nosos pés á alfombra. Isto ocorre porque a temperatura do noso corpo é máis alta que a temperatura da alfombra. As alfombras son malos condutores da calor, polo tanto, a calor que flúe dos nosos pés acumúlase na superficie da alfombra, facendo que a alfombra sexa máis quente. Cando pisamos baldosas ou cerámica, a calor flúe dos nosos pés ás baldosas ou cerámica. Debido a que as baldosas son bos condutores da calor, a calor non se retén na superficie das baldosas. A calor flúe suavemente, facendo que os nosos pés se sintan fríos. Se a túa casa está nunha zona fría, debes cubrir o chan do teu dormitorio con alfombra para que o teu corpo non perda calor. Pola contra, se a túa casa está nunha zona cálida, non debes cubrir o chan do teu dormitorio con alfombra porque non sentirás frío senón calor 😉
Durmir no chan sen colchón pode causar enfermidades. Por que? Isto débese a que se transfire unha gran cantidade de calor do corpo ao chan. A calor é enerxía en movemento. Cando o corpo perde moita calor, os seus niveis de enerxía diminúen. Se che falta enerxía, podes enfermar!
Cal é a función das fiestras e portas? Por que deberían ser de madeira as portas e fiestras? Pola noite, a temperatura do aire fóra da casa é máis baixa que a temperatura do aire dentro da casa. Esta diferenza na temperatura do aire fai que a calor se mova do interior da casa cara ao exterior. Polo tanto, pola noite adoitamos pechar as portas ou fiestras. Ademais de ter como obxectivo afastar os delincuentes, unha das funcións das fiestras ou portas é evitar que a calor escape da casa. Normalmente as portas ou fiestras son de madeira. A condutividade térmica da madeira é o suficientemente baixa como para que poida actuar como illante térmico. Outra función das fiestras ou portas é reter o aire. O aire atrapado no interior da fiestra ou porta actúa como un bo illante (impedindo que a calor escape). A condutividade térmica do aire é moi baixa. Canto menor sexa a condutividade térmica dun obxecto, máis difícil será que a calor se transfira por condución a través dese obxecto.
Ademais de manter o noso status como seres humanos civilizados e normais 🙂, a roupa tamén serve para manter unha temperatura corporal estable. A roupa que vestimos adoita estar axustada á temperatura do aire. Cando a temperatura do aire é bastante baixa, a roupa que vestimos é máis grosa. As mantas ou a roupa grosa (chaquetas, etc.) impiden que o aire se mova suavemente. O aire queda atrapado entre a pel e a chaqueta ou a manta. Debido a que hai unha diferenza de temperatura entre o noso corpo e o aire atrapado, a calor móvese do corpo ao aire. A calor adicional do corpo fai que a temperatura do aire atrapado aumente (o aire quéntase). Observa a táboa de condutividade térmica de arriba. O valor de condutividade térmica do aire é moi pequeno. Polo tanto, a calor non pode escapar do corpo. A temperatura do noso corpo permanece estable. Se non vestimos unha chaqueta cando o aire está bastante frío, a calor escapa do noso corpo. Canta máis calor escape do corpo, máis enerxía perde o corpo.
Exemplo de problemas
1. Pregunta A81 nº 10 do exame nacional 2011/2012
Presta atención á seguinte afirmación!
(1) Condutividade dos metais
(2) A diferenza de temperatura entre os extremos metálicos
(3) Lonxitude do metal
(4) Masa metálica
Os factores que determinan a velocidade de propagación da calor nun metal son...
A. (1), (2) e (3)
B. (1) e (4)
C. (2) e (4)
D. (3) e (4)
E. (4) só
Discusión
Segundo a fórmula para a taxa de transferencia de calor por condución, os factores que determinan a taxa de transferencia de calor son a condutividade do metal (k), a diferenza de temperatura entre os extremos do metal (T) e a lonxitude do metal (l). A masa do metal non ten ningún efecto.
A resposta correcta é A.
