Transferencia y propagación de calor.

TRANSFERENCIA Y PROPAGACION DEL CALOR.

Conducción.-Si un extremo de una barra metálica se coloca en una llama mientras el otro se sostiene con la mano, se observará que esta parte de la barra se va calentando cada vez más, aunque no está en contacto directo con la llama. Decimos que el calor alcanza el extremo frío de la barra por conducción a lo largo o a través de la sustancia que la forma.Las moléculas del extremo caliente aumentan la violencia de su vibración si se eleva la temperatura de dicho extremo. Entonces, cuando chocan con sus vecinas que se mueven más lentamente, parte de su energía cinética es compartida con ellas, que la transmiten a su vez a las situadas más lejos de la llama. Por consiguiente, la energía de la agitación térmica se transmite a lo largo de la barra deuna molécula a otra, si bien cada molécula permanece en su posición inicial.

Es bien sabido que los metales son buenos conductores de la electricidad y así mismo buenos conductores del calor. La aptitud de los metales para conducir la corriente eléctrica es debida al hecho de que en su interior hay electrones llamados libres, esto es, electrones que se han desprendido de los átomos de dondeprocedían. Los electrones libres toman parte también en la propagación del calor y son causa de que los metales sean tan buenos conductores de aquel; en efecto, lo mismo que las moléculas, participan en el proceso de transmitir la energía térmica de las partes más calientes a las más frías del metal.

La conducción del calor puede únicamente tener lugar cuando las distintas partes del cuerpo seencuentran a temperaturas diferentes, y la dirección del flujo calorífico es siempre de los puntos de mayor a los de menor temperatura. A veces la definición de igualdad o desigualdad de temperaturas se basa en el fenómeno del flujo calorífico; esto es, si el calor pasa de un cuerpo a otro cuando ambos se encuentran en contacto, la temperatura del primero es, por definición, mayor que la del segundo,y si no hay paso de calor del uno al otro, sus temperaturas son iguales.

La figura siguiente muestra una lámina cuya sección recta es A y su espesor L. Hagamos que toda la cara izquierda de la lámina se mantenga a la temperatura T2, y toda la cara derecha a una temperatura inferior T1. El calor pasa entonces a través de la lámina de izquierda a derecha.

Después de haber mantenido las carasde la lámina durante tiempo suficiente a las temperaturas T1 y T2, se encuentra que la temperatura en los puntos interiores disminuye uniformemente con la distancia, desde la cara caliente a la fría. Sin embargo, en cada punto permanece constante la temperatura en todo momento. Se dice que la lamina se halla en un estado estacionario.Experimentalmente se encuentra que la cantidad de calor que atraviesa la lamina por unidad de tiempo, en el estado estacionario, es directamente proporcional a la superficie A y al la diferencia de temperaturas (T2- T1), e inversamente proporcional al espesor L. Representando por H la cantidad de calor que pasa a través de la lámina por unidad de tiempo, se tiene :

H α A ( T2 - T 1 )L

Esta proporción puede convertirse en ecuación multiplicando por una constante K cuyo valor numérico depende de la sustancia que forma la lámina. La magnitud K se denomina coeficiente de conductividad térmica, o simplemente conductividad térmica de la sustancia:
H = K A ( T2 - T 1 ) H = Q calorL t tiempo

En muchas ocasiones se tiene que la transferencia de calor se lleva a efecto no solamente en una placa de un mismo material, se llegan a presentar aplicaciones en que se tienen placas con dos materiales diferentes, cuando esto ocurre, el flujo de calor del primer material es el mismo que el del...