- Transferencia de Calor
El calor puede transferirse por conducción, por convección o por radiación, o por una combinación de los tres modos. El calor siempre se mueve de las zonas más calientes a las más frías; busca el equilibrio.
- Conducción. Es la transmisión de energía calorífica, de molécula a molécula, a través de un material, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Para que el calor se transmite por conducción, deberá haber contacto físico entre partículas y cierta diferencia de temperatura. Así, la conductividad térmica es la medida de la velocidad a la que el flujo de calor pasa de una partícula a otra. La tasa de flujo de calor a través de un material específico estará determinada por la diferencia de temperatura y la conductividad térmica del material.
- Convección. Es la transmisión de calor debida al movimiento del aire (o un gas) o un líquido calentado de un lugar a otro, llevando consigo el calor que contiene. La tasa de flujo de calor varía en función de la temperatura del gas o líquido en movimiento y de su caudal.
- Radiación. La energía calorífica se transmite en forma de luz, como radiación infrarroja u otro tipo de ondas electromagnéticas. Esta energía emana de un cuerpo caliente y sólo puede transmitirse libremente a través de medios completamente transparentes. La atmósfera, el vidrio y los materiales translúcidos dejan pasar una cantidad significativa de calor radiante, que puede ser absorbido cuando incide en una superficie: por ejemplo, la superficie de la cubierta del barco en un día soleado absorbe calor radiante y se calienta. Es un hecho sobradamente conocido que las superficies de colores claros o brillantes reflejan más calor radiante que las superficies negras u oscuras, por lo que las primeras tardarán más tiempo en calentarse.
- Proceso de termodinámica
La termodinámica es la parte de la física que se encarga de la relación entre el calor y el trabajo. Termodinámica es la parte de la física que estudia las transferencias de calor, la conversión de la energía y la capacidad de los sistemas para producir trabajo. Las leyes de la termodinámica explican los comportamientos globales de los sistemas
Procesos termodinámicos que se dan con frecuencia en situaciones prácticas, los cuales son:
- Proceso Adiabático: Es uno en el que no entra ni sale calor del sistema; Q=0. Podemos evitar el flujo de calor ya sea rodeando el sistema con material térmicamente aislante o realizando el proceso con tal rapidez que no haya tiempo para un flujo de calor apreciable. Por la primera ley, para todo proceso adiabático, Cuando un sistema se expande adiabáticamente, W es positivo (el sistema efectúa trabajo sobre su entorno), así que es negativo y la energía interna disminuye, y cuando se comprime adiabáticamente es todo lo contrario.
- Proceso Isocórico: Se efectúa a volumen constante. Si el volumen de un sistema termodinámico es constante, no se realiza trabajo sobre su entorno; W=0 y. En un proceso isocórico, toda la energía agregada como calor permanece en el sistema como aumento de energía interna.
- Proceso Isobárico: Se efectúa a presión constante. En general, ninguna de las tres cantidades: es cero en un proceso isobárico, pero aun así es fácil calcular W.
- Proceso Isotérmico: Se efectúa a temperatura constante. Para ello, todo intercambio de calor con el entorno debe efectuarse con tal lentitud para que se mantenga en equilibrio térmico. La energía interna de un sistema depende únicamente de su temperatura, no de su presión ni su volumen. El sistema más conocido que posee esta propiedad especial es el gas ideal. En tales sistemas, si la temperatura es constante, la energía interna también lo es; ΔU=0 y Q=W. Es decir, toda la energía que entre en el sistema como calor Q deberia salir como trabajo W efectuado por el sistema.
- Materiales aislantes y conductores de calor
La termodinámica es la parte de la física que se encarga de la relación entre el calor y el trabajo. Termodinámica es la parte de la física que estudia las transferencias de calor, la conversión de la energía y la capacidad de los sistemas para producir trabajo. Las leyes de la termodinámica explican los comportamientos globales de los sistemas.
Los aislantes térmicos son materiales específicamente diseñados para reducir el flujo de calor limitando la conducción, convección o ambos. En la mayoría de los casos, esto se logra atrapando un gas en el interior de pequeñas oquedades practicadas en un sólido. Sin embargo, como los gases son fluidos, el calor también se transfiere por convección en el interior de los huecos y por radiación entre sus paredes, con lo que la conductividad conseguida, ya no es una propiedad del material, sino que es el resultado de la combinación de mecanismos de flujo y se la podría denominar conductividad efectiva, la cual no solo cambia con la temperatura, sino que lo hace también con la presión y con las condiciones ambientales como la humedad.
- El calor y la forma
Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores.
- El calor y el color
La capacidad de un objeto de emitir calor depende del color de su superficie. Los cuerpos de color negro emiten más energía que objetos blancos o de otros colores.
Los colores que son absorbidos por los objetos y no son reflejados se transforman en calor. Una superficie de color negro no refleja ningún color, los absorbe y por lo tanto no vemos ningún color (negro), ya que todas las longitudes de onda se transforman en calor.
Como ya hemos mencionado, el color es una cualidad de la luz y la "luz" (como algo definido por la visión humana) es la que contiene todos los colores que conocemos. Sin embargo, ese concepto de "luz" corresponde a la percepción sensorial (en este caso mediante el ojo humano) de un cierto rango de la energía que el Sol nos envía
Los colores más claros absorben menos energía de los rayos del sol, por lo tanto, colocar el hielo en un recipiente blanco o de otro color similar pálido ralentizará la fusión. Esto es particularmente útil si estás intentando conservar el hielo afuera para una fiesta o barbacoa. Por otra parte, los colores oscuros absorben más luz, por lo tanto, poner el hielo en un lugar oscuro ralentizará el proceso de fusión.
- El calor y la distancia
En general, la longitud de onda donde un cuerpo emite el máximo de radiación es inversamente proporcional a la temperatura de éste.
- El calor y el espacio
Radiación es la forma de transmisión de calor es la única que puede producirse en el vacío. Depende únicamente de la temperatura del cuerpo, de la superficie y de sus características intrínsecas. no depende en absoluto de la temperatura exterior.
la pérdida de calor por radiación es la misma en una tórrida tarde de verano que en una helada noche de invierno. Es la misma en el desierto que en el polo. Y es la misma que en el vacío del espacio.
Uno pierde más calor un día frío en la Tierra, que en el espacio, ya que además de la pérdida por radiación, hay que sumar la debida al contacto con el aire (transferencia por conductividad y por convección). Y si no nos congelamos al instante aquí en nuestro planeta, cuando la temperatura no es demasiado alta, mucho menos en el vacío, donde la pérdida de calor es menor.
- El calor y el ambiente
Esto está íntimamente relacionado con la llamada "sensación térmica", según la cual podemos sentir frío o calor independientemente de la temperatura ambiental, en función de la radiación que recibimos (por ejemplo del Sol u otros cuerpos calientes más cercanos): Si recibimos más de los 100 vatios que emitimos, tendremos calor, y si recibimos menos, tendremos frío. En ambos casos la temperatura de nuestro cuerpo es constante (37 °C) y la del aire que nos rodea también. Por lo tanto, la sensación térmica en aire quieto, sólo tiene que ver con la cantidad de radiación (por lo general infrarroja) que recibimos y su balance con la que emitimos constantemente como cuerpos calientes que somos. Si en cambio hay viento, la capa de aire en contacto con nuestra piel puede ser reemplazada por aire a otra temperatura, lo que también altera el equilibrio térmico y modifica la sensación térmica.
