Mecanismos de transferencia de calor

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CALOR, TEMPERATURA Y ENERGÍA INTERNA.

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Mecanismos de transferencia de calor

Radiación

Tasa neta de ganancia o pérdida de energía por unidad de tiempo (potencia)

P_(neta= ) ϑAe(T_S^4-T^4)

- Si Ts es menor que T, entonces P = (-) indicando pérdida neta de energía. - Si Ts=T no hay diferencia de temperatura por lo que hay un intercambio continuo de energía radiante, pero NO hay un cambio neto de energía interna del objeto

Ley de Stefan

P= ΔQ/Δt = ϑAeT^4

- La (e) es le emisividad, la cual es un número adimensional entre 0 y 1característico del material

Superficies Brillantes

- Emisividad cercana a 0 - Malos absorbedores ya que casi toda la radiación incidente se refleja

Superficies oscuras

- Emisividad cercana a 1 - Mejores emisoras de radiación - Buenas absorbedores - Un absorbedor y emisor ideal se denomina cuerpo negro (e=10)

- Dónde P es la potencia radiada n watts (W) o (J/s), A es el área superficial del objeto y T es la temperatura en la escala de Kelvin; ϑ es una constante de valor 5,26*10 ^8 W

No requiere un medio de transporte, e la transferencia de energía por ondas electromagnéticas. - Ejemplo: Luz visible y otras son llamadas energía radiante.

- Absorción por resonancia - Efecto Invernadero - Termografía y termogramas

Convección

Es transferencia de calor como resultado de una transferencia de masa, puede ser natural o forzada

Transferencia de calor mediante la movilidad de las moléculas de los fluidos (líquidos y gases)

Convección forzada

- El fluido se mueve mecánicamente, produciéndose transferencia sin diferencia de temperatura. - Ejemplo: refrigerador, sistemas domésticos de calefacción por aire forzado, sistema circulatorio humano y sistema de enfriamiento del motor en un automóvil.

Convección Natural

- Hay ciclos de este tipo en líquidos y gases -Ejemplos: agua fría en contacto con un objeto caliente o en ciclos atmosféricos naturales

Conducción

Es el resultado de las interacciones moleculares

Conducción de calor

Descrita cuantitativamente como la tasa de flujo de calor con el tiempo ΔQ/ Δt en un material para una ΔT determinada.

ΔQ/Δt= kAΔT/d - Dónde k es la constante de la conductividad térmica, esta caracteriza la capacidad del material para conducir y es dependiente únicamente del tipo de material. - Entre mayor sea k, más rápido se conducirá el calor.

Su capacidad dependerá de factores como

Composición

Tamaño y forma del objeto

Fase de la Sustancia

Gases

- Son malos conductores térmicos debido a la separación relativa de las moléculas, siendo poco frecuentes los choques. - Los líquidos y sólidos mejores conductores debido a la mayor cercanía de sus moléculas por lo cual pueden interactuar más facilmente.

Sólidos

Se pueden dividir en 2 categorías

No Metales

- Presentan un número relativamente pequeño de (e-) libres, dicha ausencia hace malos conductores de calor; denominado aislante térmico. - Ejemplo: madera y tela.

Metales

- Buenos conductores de calor, son conductores térmicos. - Poseen gran número de (e-) los cuales se mueven libremente (no están unidos permanentemente ni a átomos o moléculas) responsables de la buena conducción térmica.

Moléculas de la parte del objeto que está a mayor temperatura vibran con mayor rapidez, estas chocan contra las moléculas menos energéticas (parte fría del objeto) y les transfieren una parte de su energía

Es el resultado de la diferencia de temperaturas

Transfiriéndose energía desde una región con temperatura mas alta a una con más baja