La conducción térmica es un fenómeno que ocurre en todas las sustancias y está relacionado con la transferencia de calor, es más frecuente en los sólidos.
La conducción térmica es un fenómeno que ocurre en todas las sustancias y está relacionado con la transferencia de calor . Sin embargo, este fenómeno se da más en estado sólido, debido a que las sustancias en este estado facilitan los intercambios de energía entre sus átomos .
Sin embargo, esta facilidad se explica porque en este estado los átomos están dispuestos en una red cristalina. Sin embargo, vale la pena recordar que en la conducción térmica no hay transferencia de materia y la función de esta transferencia es el equilibrio térmico. En este sentido, las partes del cuerpo no se mueven, solo hay transmisión de agitación molecular .
Básicamente, todas las sustancias propagan el calor y algunas tienen más potencial que otras. Sin embargo, es importante recordar que la conducción térmica es una forma específica de propagación del calor, existen otras formas como: la convección térmica y la radiación térmica.
¿Cómo se produce la conducción térmica?
Básicamente, cuando los átomos interactúan porque tienen diferentes temperaturas, en un movimiento de equilibrio térmico, se produce la conducción térmica. Por lo tanto, al calentar un cuerpo físico, los átomos que más oscilan en amplitud transfieren parte de su energía a los átomos vecinos.
Sin embargo, esta transferencia tiene lugar por colisión y vibración . Los átomos con más amplitudes decrecen mientras que otros aumentan, llegando a una situación de equilibrio, el sistema reparte la temperatura por igual.
Podemos enumerar algunas transferencias de calor diferentes:
- Gases: transferencia por colisiones entre átomos;
- Sólidos no metálicos: conducción por vibraciones;
- Sólidos metálicos: conducción por propagación de vibraciones y por movimiento de electrones libres.
aisladores y conductores
Primero, los materiales que tienen más capacidad de conducción térmica suelen ser los metales, porque la propagación se da por vibración y también por movimiento eléctrico.
En este sentido, cuando existe la necesidad de materiales conductores de energía para las conexiones y el calentamiento de la sustancia, se utilizan los metales.
Por otro lado, si necesitamos aisladores para proteger las conexiones eléctricas o lograr una mayor estabilidad térmica, utilizaremos poliestireno, caucho, plástico y otros materiales con menor conducción térmica.
En este sentido, un buen ejemplo de ello es cuando estamos cocinando. En este caso, uso la sartén de metal para lograr un calentamiento rápido y efectivo, pero para revolver la comida en la sartén, para no quemarme, uso un material con menos conducción térmica, como una cuchara de madera.
Los diferentes procesos de propagación del calor.
- Radiación térmica: se produce a través de ondas electromagnéticas y puede darse en el vacío. Entonces, el ejemplo más destacado es el sol que envía calor a la tierra.
- Conducción térmica: propagación por contacto directo entre moléculas, no ocurre en el vacío .
- Convección térmica: Ocurre en fluidos y gases, pero no ocurre en el vacío. Por lo tanto, la transferencia de calor ocurre por la corriente de convección del aire, en la existencia de una fuente de calor como un fuego, estufa, horno.
- Convección térmica en líquidos: Básicamente, las porciones más calientes en las regiones inferiores de un recipiente con líquido, al tener su densidad disminuida, suben. Sin embargo, las porciones más frías de la región superior tienden a tener mayor densidad y así descienden. Así, forman corrientes ascendentes y descendentes en el recipiente. Estas corrientes se denominan corrientes de convección.
materiales que conservan el calor
Sin embargo, vale la pena recordar que el aire y otros gases son generalmente buenos aislantes térmicos. Por lo tanto, muchos de los materiales aislantes son térmicamente conservadores, ya que tienen poros de almacenamiento de aire, como es el caso de la espuma de poliestireno, los polímeros y el aerogel de sílice.
Por cierto, existen materiales naturales que tienen poros como las plumas de pájaro, la piel y el cuero. Por otro lado, el calor puede ser peligroso para las personas o destructivo para algunos materiales. Por lo tanto, los aislantes térmicos se utilizan para minimizar la transferencia de calor entre cuerpos a diferentes temperaturas.
Así, esto sucede en los refrigeradores de espuma de poliestireno, en la ropa hecha de materiales aislantes, en las paredes de las estufas y refrigeradores, aislados del exterior por materiales como lana de vidrio , poliuretano y en los mangos de las ollas de madera.
ley de la conducción térmica
Básicamente, para determinar la cantidad de calor en una conducción térmica se utiliza la ley de Fourier. En este sentido, esta ley considera factores como la cantidad de calor recibido, el tiempo, la temperatura , el área y el espesor del material.
Su fórmula es:
Q/Δt = KA Δ0/L
Dónde
- Q: cantidad de calor;
- Δt: variación del tiempo;
- K: coeficiente de conductividad térmica;
- A: Área de superficie;
- Δ0: variación de temperatura;
- L: espesor del material.
Sin embargo, es importante recordar que Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) fue un físico y matemático francés que vivió en la época de Napoleón, para quien trabajó en Francia y Egipto.
Por cierto, vale la pena recordar que, estudiando la propagación del calor en los cuerpos sólidos, desarrolló un importante recurso matemático (serie de Fourier) que facilita la descripción de funciones complicadas.
conductividad térmica
Primero, para tener una idea de cómo medir la conductividad térmica, debemos establecer la relación entre los materiales de alta conducción y los de baja conducción térmica.
En este sentido, los materiales con mayor conductividad térmica son los metales y los de menor conductividad son la madera, el caucho, el poliestireno y otros de formación no metálica.
Sin embargo, existe otro factor que depende de la conductividad térmica, la sensación térmica. En este caso, hay materiales que transfieren el calor más rápido y otros más lento.
Así, cuando toco un objeto de metal, tengo la sensación térmica de frío relacionado con el objeto, porque el calor de mi mano se transfiere muy rápidamente. En cambio, cuando toco una mesa de madera, por ejemplo, no tengo esa misma sensación, porque la madera conduce el calor muy lentamente.
Conducción térmica y algunos materiales.
Conductividad de algunos metales 27° (300K)
- Grafeno – 4115
- Aluminio – 237
- Cobre – 401
- Hierro – 80.2
- Oro – 317
- Plata – 429
- Tungsteno – 174
Conductividad de otros materiales.
- Madera – 0.13
- Vidrio – 0.79
- Ladrillo – 0.6
Conducción de calor en la vida cotidiana.
Varias situaciones prácticas están relacionadas con la conducción térmica. En este sentido, los esquimales construyen sus viviendas, los iglús, con bloques de nieve compactada, ya que el hielo es un gran aislante térmico, mantiene el ambiente interior más cálido que el ambiente exterior.
Por otro lado, la ropa de los beduinos del desierto está hecha de lana para minimizar el intercambio de calor del ambiente a sus cuerpos durante el día y de sus cuerpos al ambiente durante la noche.
Sin embargo, otra situación de conducción de calor está relacionada con los refrigeradores. Así, periódicamente en los frigoríficos más antiguos se debe retirar el hielo que se forma en el congelador, para no perjudicar el intercambio de calor con el interior del frigorífico.
Sin embargo, vale la pena recordar que en la naturaleza existen algunas situaciones relacionadas con la conducción del calor. Así, las aves, en invierno, tienden a alborotar sus plumas para acumular aire entre ellas, al ser un aislante térmico, el aire reduce la pérdida de calor al ambiente.
Convección térmica en la atmósfera
Básicamente, debido a la diferencia de temperatura en diferentes puntos de la atmósfera, se establecen corrientes de convección ascendentes de aire caliente y descendentes de aire frío.
Por cierto, los vehículos aéreos no motorizados como los ala delta, los planeadores se mueven en el aire, gracias a estas corrientes. En este sentido, el vehículo gana altura cuando llega a la cálida corriente ascendente, ya que en todo el vuelo de planeo el movimiento es siempre hacia abajo.
Por otra parte, el fenómeno de la convección térmica también se deja sentir en las variaciones climáticas. En este sentido, el agua, al tener un calor específico elevado, sufre variaciones de temperatura relativamente pequeñas.
Así, en una región costera, la tierra se calienta más que el mar durante el día. Por lo tanto, el aire calentado, en contacto con la tierra, asciende y produce una región de baja presión, aspirando el aire que está sobre el mar.
Así, la resultante de este proceso es la brisa marina. Sin embargo, por la noche, al perder calor, la tierra se enfría más que el mar. En ese sentido, el proceso se invierte y sopla la brisa de tierra.
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Fuentes : Brasil Escola , Toda Matter , Mundo Educação, Todo Estudos
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