Clase N° 4

Formas de transmisión del calor

Entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas, siempre se produce una transferencia de energía denominada calor. Por ejemplo cuando se coloca un termómetro en contacto con un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura que el cuerpo, se transfiere energía de el cuerpo hacia el termómetro. Se dice que pasa calor. El pasaje de calor se lleva a cabo hasta que la temperatura del cuerpo y la del termómetro se igualan, en ese momento se dice que el sistema cuerpo-termómetro ha alcanzado el equilibrio térmico.
Se pueden reconocer tres formas de transmisión del calor: conducción, convección y radiación.

Conducción.
El proceso de transmisión del calor por conducción consiste en una transferencia de energía desde una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, sin que haya transporte de materia a través de uno o varios cuerpos. Este tipo de fenómeno se presenta en sólidos.
Ejemplo 1: Si se coloca una de las puntas de una varilla de metal en contacto con el fuego, después de un tiempo habrá aumentado la temperatura del otro extremo. El calor se ha trasmitido desde un extremo al otro de la varilla por conducción.
Ejemplo 2: Si se coloca dentro de una taza con agua caliente una cuchara metálica con una temperatura inferior a la del agua, después de un tiempo se puede detectar que la parte de la cuchara que esta fuera del líquido también se calentó. El calor paso por conducción de un extremo al otro de la cuchara.

Convección.
Esta forma de transmisión de calor se presenta en sistemas líquidos y gaseosos. Este proceso esta caracterizado por la producción de corrientes de fluido, debido a cambios en su densidad. En este tipo de transmisión de calor hay transporte de materia y de energía simultáneamente y en la misma dirección.
Por ejemplo al calentar agua en un recipiente sobre el fuego, se producen movimientos del liquido debido a cambios en su densidad. El agua que se calienta en la parte inferior es menos densa que el agua fría de la parte superior, y la diferencia de densidades produce el ascenso del agua menos densa. 

Radiación.
Este tipo de transmisión de calor se lleva a cabo a través de ondas electromagnéticas y no es necesario que haya contacto físico entre los cuerpos entre los cuales se produce el intercambio de calor. Esta es la forma en la cual el calor del sol se transmite hacia la superficie terrestre (y por ende hacia nosotros).
No solo el Sol emite radiación; en realidad todos los cuerpos lo hacen y la única condición es que dichos cuerpos tengan una temperatura absoluta superior a 0 K. Los cuerpos emiten y absorben energia en forma de radiación continuamente. Si la temperatura del entorno es menor a la del cuerpo emite mas de lo que absorbe (es decir tiene emisión neta), y viceversa. Cuando la temperatura del cuerpo es igual a la de su entorno se alcanza el equilibrio térmico, y la velocidad de absorción y emisión son iguales.
En la teoría de la radiación, se llama cuerpo negro a un absorbente perfecto, es decir, a un cuerpo capaz de absorber toda la radiación que le llega. La relación entre lo que efectivamente emite un cuerpo negro y lo que emitiria el cuerpo negro en iguales circunstancias se expresa mediante un coeficiente de emisión que se designa con la lera e:

La ley de Stefan-Boltzman permite calcular la radiación emitida por un cuerpo; según esta ley, la energía radiada por la unidad de superficie de un cuerpo en una unidad de tiempo es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta. La expresión matemática de la ley de Stefan-Boltzman es la siguiente: