Cosas X

Calor.
El calor se define como la energía cinética total de todos los átomos o molé-
culas de una sustancia.
Temperatura.
La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos
y moléculas individuales de una sustancia. Cuando se agrega calor a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se eleva, o viceversa.
Cuando dos cuerpos quetienen distintas temperaturas se ponen en contacto
entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor tem-Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor
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peratura al de menor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar
por tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación, que se ilustran en la figura 14.1.
Figura 14.1 Esquema de los mecanismosde transferencia de calor.
14.2 CONDUCCION DE CALOR.
La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a
través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas
con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos
energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas
a las más bajas. Losmejores conductores de calor son los metales. El aire es
un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o
plásticos se llaman aislantes.
La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos
partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2,con T2 > T1, como se muestra en al figura 14.2, se encuentra que el calor ∆Q
transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío. Si se llama H
(en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor de
Fourier.Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor
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dx
dT
kA
dt
dQ
H = =− (14.1)
donde k (en W/mK) se llama conductividad térmica del material, magnitud
que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor y produce la
consiguiente variación de temperatura; y dT/dx es el gradiente de temperatura.
El signo menos indica que la conducción de calor es en la dirección decreciente de la temperatura. En la tabla 14.1 se listan valores deconductividades térmicas para algunos materiales, los altos valores de conductividad de los metales indican que son los mejores conductores del calor.

Figura 14.2
Tabla 14.1 Algunos valores de conductividades térmicas.
Metales, a 25ºC Gases, a 20ºC Otros materiales
Sustancia k (W/mK) Sustancia k (W/mK) Sustancia k (W/mK)
Aluminio 238 Aire 0.0234 Asbesto 0.08
Cobre 397 Helio 0.138 Concreto0.8
Oro 314 Hidrógeno 0.172 Diamante 2300
Hierro 79.5 Nitrógeno 0.0234 Vidrio 0.84
Plomo 34.7 Oxígeno 0.0238 Hule 0.2
Plata 427 Madera 0.08 a 0.16
Latón 110 Corcho, 0.42
Tejido humano 0.2
Agua 0.56
Hielo 2
Si un material en forma de barra uniforme de largo L, protegida en todo su
largo por un material aislante, como se muestra en la figura 14.3, cuyos extremos deárea A están en contacto térmico con fuentes de calor a temperaturas
T1 y T2 > T1, cuando se alcanza el estado de equilibrio térmico, la temperatura
T1
T2
A
∆x
HCap. 14. Mecanismos de transferencia de calor
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a lo largo de la barra es constante. En ese caso el gradiente de temperatura es
el mismo en cualquier lugar a lo largo de la barra, y la ley de conducción de
calor de Fourierse puede escribir en la forma:
Figura 14.3
L
T T
H kA
( ) 2
− 1
= (14.2)
Ejemplo 14.1. Dos placas de espesores L1 y L2 y conductividades térmicas k1 y
k2 están en contacto térmico, como en la figura 14.4. Las temperaturas de las
superficies exteriores son T1 y T2, con T2 > T1. Calcular la temperatura en la
interfase y la rapidez de transferencia de calor a través de...