Transferencia de calor

Hai tres tipos de transferencia de calor ou calor , incluíndo a transferencia de calor por condución, convección e radiación.

Transferencia de calor por condución. Cando un obxecto a alta temperatura entra en contacto cun obxecto a baixa temperatura, a enerxía móvese do obxecto a alta temperatura ao obxecto a baixa temperatura. A enerxía engadida fai que os átomos e 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 condución. A condución adoita ocorrer en sólidos ou de sólidos a líquidos (líquidos a sólidos) ou de sólidos a gases (gases a sólidos).

Transferencia de calor por convección. A convección ocorre normalmente en líquidos (como a auga) e gases (como o aire). A convección é a transferencia de calor acompañada do movemento dun obxecto debido a cambios na súa densidade. A densidade dun obxecto cambia porque cambia o seu volume. O volume dun obxecto cambia porque o obxecto absorbe unha certa cantidade de calor.

Transferencia de calor por radiación. A radiación é a transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas. Algúns exemplos de radiación son a calor que sente o corpo cando está preto dun forno e a radiación do sol á terra. O sol ten unha temperatura máis alta (arredor de 6000 Kelvin), mentres que a terra ten unha temperatura máis baixa. Esta diferenza de temperatura entre o sol e a terra fai que a calor se mova do sol (temperatura máis alta) á terra (temperatura máis baixa). Se a radiación do sol á terra requirise un medio, como a condución e a convección, a calor non chegaría á terra porque tería que pasar a través dun baleiro.

Exemplo de problemas

1. Pregunta nº 19 do exame nacional de física SMA/MA 2015/2016

Varillas metálicas do mesmo tamaño, pero feitas de metais diferentes, únense como se mostra na figura seguinte. Se a condutividade térmica do metal I é 4 veces a condutividade do metal II, entón a temperatura na unión dos dous metais é...

A. 45^oC

B. 40 ^° C

C. 35 ^° C

D. 30 ^° C

E. 25 ^° C

Discusión

Sábese que:

Condutividade térmica do metal I = 4k

Condutividade térmica do metal II = k

Temperatura do bordo metálico I = 50 ^° C

Temperatura do bordo metálico II = 0 ^° C

Pregunta: Temperatura na unión dos dous metais

Resposta:

A fórmula para a taxa de transferencia de calor por condución:

Descrición: Q/t = taxa de transferencia de calor, k = condutividade térmica, A = área superficial, T1 _- T2 ₌ cambio de temperatura, l = lonxitude da vara

Os dous metais teñen o mesmo tamaño, polo que A e l elimínanse da ecuación.

A resposta correcta é B.

2. Pregunta nº 19 do exame nacional de física SMA/MA 2015/2016

A seguinte figura mostra as varillas metálicas A e B de diferentes tipos unidas por un extremo.

A área da sección transversal de ambas as varas é a mesma, pero a lonxitude de A é o dobre da lonxitude de B e o coeficiente de condución térmica de A é 3 veces o de B. Se os extremos libres de A e B están sometidos a temperaturas de diferentes magnitudes, entón a temperatura exacta na unión é...

A. 60^oC

B. 64 ^° C

C. 70 ^° C

D. 76 ^° C

E. 78 ^° C

Discusión

Sábese que:

Condutividade térmica da vara A = 3k

Condutividade térmica da vara B = k

Lonxitude da vara A = 2l

Lonxitude da vara B = l

Temperatura do bordo da vara A = 100 ^° C

Temperatura do bordo da vara B = 40 ^° C

Pregunta: Temperatura na unión das dúas varas

Resposta:

A fórmula para a taxa de transferencia de calor por condución:

Descrición: Q/t = taxa de transferencia de calor, k = condutividade térmica, A = área superficial, T1 _- T2 ₌ cambio de temperatura, l = lonxitude da vara

Ambas as barras teñen a mesma área de sección transversal, polo que se elimina A da ecuación.

A resposta correcta é D.

3. Pregunta nº 14 do exame nacional de física SMA/MA 2014/2015

Preste atención á seguinte afirmación:

(1) condutividade metálica

(2) diferenza de temperatura entre os extremos metálicos

(3) lonxitude de 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

A transferencia de calor no metal é a transferencia de calor por condución. 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 superficial, T1 _- T2 ₌ cambio de temperatura, l = lonxitude da vara

A resposta correcta é A.