Transferencia de Calor

La transferencia de calor se produce normalmente desde un objeto con alta temperatura, a otro objeto con temperatura mas baja. La transferencia de calor cambia la energía interna de ambos sistemas implicados, de acuerdo con la primera ley de la Termodinámica.

Conducción del Calor

La conducción es la transferencia de calor, por medio de la excitación molecular en el interior del material, sin ningún tipo de movimiento entre los objetos. Si un extremo de una barra de metal está a una temperatura mas alta, entonces se transferirá energía hacia el extremo mas frío, debido a las colisiones de partículas de alta velocidad con las mas lentas, produciéndose una transferencia neta de energía hacia estas últimas. En una transferencia entre dos superficies planas, como la pérdida de calor a través de las paredes de una casa, la tasa de transferencia de calor por conducción es:

Cálculo = calor trasnferido en el tiempo = = conductividad térmica de la barrera área = temperatura = grosor de la barrera

Convección del Calor

La convección es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, tal como el aire o el agua. Cuando estos se calientan se mueven hacia fuera de la fuente de calor, transportando consigo la energía. La convección por encima de una superficie caliente ocurre porque, cuando se calienta el aire en contacto con la superficie, se expande, se hace menos denso, y se eleva (ver la ley de gas ideal). De igual manera, el agua caliente es menos densa que la fría y por tanto se eleva, originando corrientes de convección que transportan energía.

La convección también puede originar la circulación de un líquido, como en el calentamiento de una olla de agua sobre una llama. El agua caliente se expande y se hace mas ligera. El agua mas fría, cerca de la superficie es mas densa y desciende. Con ambos movimientos se forma un patrón de circulación, aunque no tan regular como sugiere la ilustración adjunta.

En el aceite que se calienta en la olla de la izquierda, se ven las células de convección. El calentamiento del aceite, produce cambios en el índice de refracción del mismo, haciendo visible los contornos de las células. Se forman patrones de circulación, y posiblemente las estructuras con forma de pared observadas, son los límites entre los patrones de circulación.

Se cree que la convección juega un papel principal en el transporte de la energía desde el centro del Sol a la superficie, y en el movimiento del magma caliente por debajo de la superficie terrestre. La superficie visible del Sol (la fotosfera) tiene un aspecto granular, con una dimensión típica de un gránulo de 1000 kilómetros. La imagen de la derecha es de la página web de Física Solar de la NASA, y se le atribuye a G. Scharmer y al Telescopio Solar Sueco de vacío. Los gránulos son descritos como células de convección que transportan el calor desde el interior del Sol a la superficie.

En la transferencia de calor normal en la Tierra, es difícil cuantificar los efectos de la convección, ya que depende inherentemente de pequeñas faltas de uniformidad, en un medio que por otra parte, se muestra bastante homogéneo. En los modelos como el enfriamiento del cuerpo humano, la conducción juega un papel fundamental.