calor
Páginas: 24 (5854 palabras)
Publicado: 13 de octubre de 2014
CAPITULO 14. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
14.1 CALOR Y TEMPERATURA.
Calor y temperatura son conceptos que en el lenguaje cotidiano se confunden, pero son diferentes. Por ejemplo la frase “uuuufff, que hace calor” es una ex- presión común para referirnos al concepto de temperatura, a pesar de que mencionamos la palabra calor.
La temperatura es una magnitudfísica que se refiere a la sensación de frío o caliente al tocar alguna sustancia. En cambio el calor es una transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, producida por una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre flu- ye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la zona mas fríay reduce la de la zona más cálida, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a otro de temperatura alta si no se realiza trabajo. La materia esta formada por átomos o moléculas que están en constante movimiento, por lo tanto tienen energía de posición o potencial y energía de movimiento o cinética. Los continuos choquesentre los átomos o moléculas transforman parte de la energía cinética en calor, cambiando la temperatura del cuerpo.
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 unasus- tancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se ele- va, o viceversa.
Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor tem-
peratura al de menor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección yradiación, que se ilus- tran en la figura 14.1.
Figura 14.1 Esquema de los mecanismos de 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. Los mejores 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 desec- ción 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 transferen- cia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor deFourier.
H = dQ = −kA dT
(14.1)
dt dx
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 decrecien- te de la temperatura. Enla tabla 14.1 se listan valores de conductividades tér- micas para algunos materiales, los altos valores de conductividad de los meta- les indican que son los mejores conductores del calor.
A
T
2
H
T1
∆x
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)...
14.1 CALOR Y TEMPERATURA.
Calor y temperatura son conceptos que en el lenguaje cotidiano se confunden, pero son diferentes. Por ejemplo la frase “uuuufff, que hace calor” es una ex- presión común para referirnos al concepto de temperatura, a pesar de que mencionamos la palabra calor.
La temperatura es una magnitudfísica que se refiere a la sensación de frío o caliente al tocar alguna sustancia. En cambio el calor es una transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, producida por una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre flu- ye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la zona mas fríay reduce la de la zona más cálida, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a otro de temperatura alta si no se realiza trabajo. La materia esta formada por átomos o moléculas que están en constante movimiento, por lo tanto tienen energía de posición o potencial y energía de movimiento o cinética. Los continuos choquesentre los átomos o moléculas transforman parte de la energía cinética en calor, cambiando la temperatura del cuerpo.
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 unasus- tancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se ele- va, o viceversa.
Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor tem-
peratura al de menor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección yradiación, que se ilus- tran en la figura 14.1.
Figura 14.1 Esquema de los mecanismos de 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. Los mejores 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 desec- ción 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 transferen- cia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor deFourier.
H = dQ = −kA dT
(14.1)
dt dx
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 decrecien- te de la temperatura. Enla tabla 14.1 se listan valores de conductividades tér- micas para algunos materiales, los altos valores de conductividad de los meta- les indican que son los mejores conductores del calor.
A
T
2
H
T1
∆x
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)...
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