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MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

RADIACIÓN

La radiación térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en to- das las direcciones. Esta energía es producida por los cambios en las configu- raciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos y transportada por ondas electromagnéticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiación electromagnética. La radiación electromagnética es una combi- nación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.

Formula E = hc donde h se llama constante de Planck, su valor es h = 6,63 x 10-34 Js.

ejemplos de aplicación de radiación

- La transmisión de ondas electromagnéticas a través del horno microondas. - El calor emitido por un radiador. - La radiación ultravioleta solar, precisamente el proceso que determina la temperatura terrestre. - La luz emitida por una lámpara incandescente. - La emisión de rayos gamma por parte de un núcleo

Espectro de radiación

La luz, llamada también luz visible o luz blanca, es uno de los componentes del espectro electromagnético, y se define como aquella parte del espectro de radiación que puede percibir la sensibilidad del ojo humano. La luz visible es un minúsculo intervalo que va desde la longitud de onda correspondiente al color violeta (aproximadamente 400 nm) hasta la longitud de onda correspon- diente al color rojo (aproximadamente 700 nm).

Tabla 4 Colores del espectro visible y sus extremos. Color λ (µm) Ultravioleta < 0.35 Violeta 0.4 Azul 0.45 Verde 0.5 Amarillo 0.55 Naranjo 0.6 Rojo 0.7 Infrarrojo > 0.75

CONVECCION

La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o el agua con una bomba. Sólo se produce en líquidos y gases donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio.

Un modelo de transferencia de calor H por convección, llamado ley de en- friamiento de Newton, es el siguiente: H = h A (TA – T)

donde h se llama coeficiente de convección, en W/(m2K), A es la superficie que entrega calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra a una temperatura T Tabla 2. Valores típicos de coeficiente de convección. Proceso h (W/m2K) Convección libre Gases 2 - 25 Líquidos 50 - 1000 Convección forzada Gases 25 - 250 Líquidos 50 - 20000

ejemplos de aplicación de conveccion

-Los globos aerostáticos, que se mantienen en el aire por medio del aire caliente. Si se enfría, inmediatamente el globo comienza a caer. -Cuando el vapor de agua empaña los vidrios de un baño, por la caliente temperatura del agua al bañarse. -El secador de manos o de pelo, que transmiten calor por convección forzada.

CONDUCCION DE CALOR

La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas.

La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1

la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor de Fourier. H = dQ = −kA dT

donde k (en W/mK) se llama conductividad térmica del material y dT/dx es el gradiente de temperatura.

ejemplos de aplicación de conduccion de calor

- El hielo en una tasa de agua caliente se derrite por medio de la conducción. - Al hervir agua, la llama conduce el calor al recipiente y al cabo de un tiempo permite calentar el agua.

H = dQ = −kA dT

H = kA (T2 − T1 ) (2)