Flujo de calor en sólidos y fluidos

¿Qué es el flujo de calor?

Todos sabemos cómo se siente el calor. Es la sensación que tiene cuando el sol brilla sobre usted, o cuando se pone ropa abrigada de la secadora, o cuando sale vapor después de abrir el lavavajillas demasiado pronto. Pero, ¿son todos estos tipos de flujo de calor iguales?

El calor es un tipo de energía que se mide en julios. Es energía en forma de movimientos moleculares aleatorios. Como toda energía, la energía térmica puede fluir de un lugar a otro y no se puede crear ni destruir. Entonces, el flujo de calor es el movimiento del calor. Bastante simple, ¿verdad?

Bueno, se vuelve un poco más complicado cuando empiezas a hablar sobre las formas en que puede fluir el calor. El calor siempre fluye de un lugar caliente a un lugar frío cuando fluye espontáneamente, pero puede forzar que el calor fluya en sentido contrario usando energía, como en un refrigerador.

El calor seguirá fluyendo hasta que los dos objetos alcancen la misma temperatura, lo que se denomina equilibrio térmico. Por ejemplo, si pone la mano sobre una mesa fría, no se sentirá fría para siempre. Con el tiempo, la mesa habrá absorbido suficiente calor de su mano para que la mesa y la mano estén a la misma temperatura, ya que han alcanzado el equilibrio térmico.

El calor también fluye de diferentes maneras dependiendo de si se trata de sólidos, líquidos o gases. El calor puede incluso fluir en el vacío. El calor que fluye en el vacío se llama radiación y es la transferencia de energía a través de ondas electromagnéticas. Así es como nos llega el calor del sol y por qué uno siente calor en un día soleado.

Pero hoy nos centraremos en los otros dos tipos principales: flujo de calor en sólidos y flujo de calor en fluidos.

Flujo de calor en sólidos

El flujo de calor en los sólidos solo puede ocurrir cuando esos sólidos están en contacto entre sí. El proceso de flujo de calor en sólidos se llama conducción. La conducción ocurre cuando dos objetos en contacto entre sí transfieren calor entre ellos debido a una diferencia de temperatura, como la ropa de la secadora. Esto sucede literalmente porque las moléculas en movimiento chocan entre sí. Las moléculas de la ropa caliente golpean las moléculas de la piel fría y esto hace que la energía se transfiera entre ellas. Las moléculas en sí mismas no van a ninguna parte; es solo energía que va de un lugar a otro.

Flujo de calor en fluidos

El flujo de calor en los fluidos es un poco más complicado. Un fluido es cualquier material en un estado que fluye, que incluye tanto líquidos como gases. Los fluidos transfieren energía térmica mediante un proceso llamado convección. La convección es cuando la parte caliente de un fluido se expande y se vuelve menos densa, lo que hace que se eleve por encima de la parte más fría, y esto continúa en un ciclo que transfiere energía. Analicemos esto un poco más.

Si pones una olla con agua en la estufa y enciendes el fuego, la estás calentando desde abajo. Esto hace que el fondo del agua esté más caliente y las moléculas se separen más, lo que la hace menos densa. Los materiales menos densos se elevan sobre los materiales más densos, por lo que un corcho sale del agua. Esto significa que el agua caliente en el fondo de la olla sube y es reemplazada por el agua más fría de arriba. Este ciclo continúa y se llama corriente de convección. El aumento de calor es cómo fluye el calor en los fluidos.

Vale la pena señalar que, en comparación con la conducción, este tipo de flujo de calor implica que el propio material se mueva, no solo energía. Eso es lo que sucede cuando sale vapor del lavavajillas; vapor caliente que se eleva sobre el aire más frío que hay encima.

Resumen de la lección

El calor es un tipo de energía que se mide en julios. Para ser exactos, es la energía la que relaciona el movimiento molecular dentro de un material u objeto. El calor puede fluir de un lugar a otro, como todo tipo de energía. Pero el calor solo fluye espontáneamente de lugares calientes a lugares fríos hasta que ambos lugares alcanzan el equilibrio.

El flujo de calor es el movimiento del calor. El calor puede fluir en el vacío mediante un proceso llamado radiación , que es la transferencia de energía a través de ondas electromagnéticas. El calor fluye en los sólidos por conducción , lo que ocurre cuando dos objetos en contacto entre sí transfieren calor entre ellos. Eso sucede porque las moléculas chocan entre sí y las moléculas que se mueven más rápido en el objeto caliente esparcen esa energía hacia el objeto más frío.

Un fluido es cualquier material en un estado que fluye y el calor fluye en fluidos (incluidos líquidos y gases) mediante un proceso llamado convección. La convección es un tipo de transferencia de energía en la que la parte caliente de un fluido se expande y asciende a medida que una parte más densa y fría se hunde. Esto hace que aumente el calor.