Gradiente térmico: definición y cálculo
¿Qué es un gradiente térmico?
Muchos de nosotros hemos experimentado la agradable sensación de frescor cuando abrimos la puerta del refrigerador en un día caluroso y dejamos que el aire fresco pase a nuestro lado. El fenómeno del aire frío que pasa a nuestro lado es impulsado por una cantidad térmica llamada gradiente térmico .
Un gradiente térmico se define por dos cantidades físicas. El primero es la temperatura. Por ejemplo, cuando decimos, “hace mucho calor hoy, hace 100 grados”, estamos hablando de que la temperatura es de 100 ° F.
La segunda cantidad que define el gradiente térmico es la longitud. El gradiente térmico se define como la relación entre la diferencia de temperatura y la distancia entre dos puntos. Eche un vistazo a esta figura que aparece aquí para ver una ilustración:
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La temperatura en el punto A es TA, la temperatura en el punto B es TB y la distancia entre los dos puntos es DX.
Si TB menos TA se llama DT, entonces el gradiente térmico se define como (TB – TA) / DX o DT / DX.
Si vuelve al ejemplo del refrigerador, el aire en el refrigerador tiene una temperatura baja, digamos 40 ° F. El aire exterior, asumiendo que no hay aire acondicionado, es de 90 ° F. Digamos que estás parado a un pie de la nevera. El gradiente de temperatura entre usted y el interior del frigorífico se calcula como sigue:
(90 – 40) / 1 o 50 ° F / pie
Tenga en cuenta que el gradiente térmico tiene las unidades de temperatura divididas por la longitud.
La diferencia de temperatura entre el aire frío del frigorífico y el aire exterior provoca una diferencia de densidad entre el aire frío (que es más pesado) y el aire caliente (que es más ligero). El aire frío más pesado se apresura a reemplazar el aire caliente y provoca la agradable sensación de frescor que experimentamos.
Si bien este ejemplo mostró un gradiente térmico en el aire, los gradientes térmicos pueden existir en cualquier material. Por ejemplo, si los extremos de una barra de aluminio se exponen a dos temperaturas diferentes, existirá un gradiente de temperatura en la barra, lo que hará que el calor fluya desde el extremo más caliente al más frío.
Gradiente térmico y flujo de calor
El flujo de calor o la transferencia de calor solo es posible cuando existe un gradiente térmico. Como analogía, piense en el flujo de agua. El agua puede fluir de un punto a otro (sin usar una bomba), solo si un punto está más elevado que el otro. En el caso del agua, el gradiente se denomina diferencia de potencial gravitacional.
De manera similar, el calor solo puede fluir de un punto a otro si la temperatura es más alta en un punto que en el otro. Si la temperatura en un punto es más alta que en el otro, entonces existe un gradiente térmico y fluye calor.
Otra analogía es de la ingeniería eléctrica, donde un potencial de voltaje (o un gradiente de voltaje) crea un flujo de corriente.
Resumen de la lección
Muy bien, tomemos un momento o dos para revisar. Como aprendimos, el gradiente térmico se define como la relación entre la diferencia de temperatura y la distancia entre dos puntos (de manera equivalente, es el cambio de temperatura en una longitud determinada).
Los gradientes térmicos se pueden calcular conociendo la temperatura en dos puntos y la distancia entre los dos puntos. Los gradientes térmicos son una condición necesaria para que exista flujo de calor entre dos puntos. Los gradientes térmicos en el aire también pueden provocar un flujo de aire entre dos puntos.
Rodrigo Ricardo
Apasionado por compartir conocimientos y ayudar a otros a aprender algo nuevo cada día.
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