Física/Calorimetría/Propagación del calor

Conducción térmica

Para que el calor pase o se transmita de un cuerpo a otro, se requiere que los mismos estén a diferentes temperaturas. Sean A y B dos fuentes que se hallan separadas, siendo sus temperaturas $T_{1}$ y $T_{2}$ ($T_{1}$ mayor que $T_{2}$). El calor pasara desde A hacia B, hasta que se produzca el equilibrio térmico

Formas de propagación del calor

Conducción

Es una forma de transmisión del calor que se origina en sólidos, en los cuales la energía térmica (en forma de energía cinética) se propaga por vibración de molécula a molécula.

La expresión que rige la transmisión del calor en la unidad de tiempo por conducción en una pared plana o con un radio de curvatura mucho mayor que el espesor es

$Q={\frac {k}{e}}\cdot A(T_{1}-T_{2})$,

siendo:

• $Q$, el flujo de calor por unidad de tiempo;
• $k$, el coeficiente de conductivilidad térmica, que depende del material;
• $A$, el área de la barrera que permite la conducción térmica entre los sistemas;
• $e$, el espesor de la pared;
• $T_{1}-T_{2}$, la diferencia de temperaturas entre las caras de la pared....

Si el flujo de calor es a través de varias barreras, se puede generalizar la expresión para dar

$Q={\frac {A(T_{1}-T_{n})}{\sum _{i=1}^{n}{\frac {e_{i}}{k_{i}}}}}$

Propagación por Convección

Movimiento por convección

Es una forma de propagación del calor, se produce en los fluidos (líquidos y gases ) por un movimiento real de la materia. Este movimiento se origina por la disminución de la densidad de los fluidos con el aumento de temperatura (los hace mas livianos por unidad de volumen) que produce un ascenso de los mismos al ponerse en contacto con una superficie mas caliente y un descenso en el caso de ponerse en contacto con una superficie mas fría.

La expresión que rige la transmisión del calor por convección es

$Q=h\cdot A(T_{1}-T_{2})$,

siendo

• $Q$, el flujo de calor por unidad de tiempo;
• $h$, el coeficiente de transmisión de calor;
• $A$, el área de contacto entre el fluido y la pared;
• $T_{1}-T_{2}$ es la diferencia de temperaturas entre el fluido y la cara de la pared en contacto con él.

Radiación

Todos los cuerpos irradian energía en forma de onda electromagnética , similares a las ondas de radio, rayos x , luz, etc. Lo único que difiere en estos distintos tipos de ondas es la longitud de onda o frecuencia.

El calor por radiación al igual que estas ondas se propaga a la velocidad de la luz (3·10⁸ m/s en el vacío) y no necesita de un medio para poder propagarse. Se transmite a través del vacío mejor que a través del aire ya que este siempre absorbe parte de la energía.

La función que rige esta forma de propagación de la energía es la ley de Stefan – Boltzman

$Q=e\sigma AT^{4}$,

siendo

• $Q$, el flujo de calor por unidad de tiempo;
• $A$, el área;
• $e$, la emisividad de la superficie, que varía entre 0 y 1 (cuerpo negro);
• $\sigma$, la constante de Stefan–Boltzman, que vale $5,670\cdot 10^{-8}{\frac {W}{m^{2}K^{4}}}$;
• $T$ es la temperatura absoluta del cuerpo

Todos los cuerpos irradian y reciben energía irradiada por otros cuerpos por lo tanto la energía neta irradiada es la diferencia entre la irradiada y la recibida la cuales se expresa (=

$Q=K(T_{1}^{4}-T_{2}^{4})$,

siendo

• $T_{1}$ la temperatura del cuerpo 1
• $T_{2}$ la temperatura del cuerpo 2
• $K$ el coeficiente de radiación mutua