Transferencia de Calor

TEMPERATURA Y CALOR

• Si se echa café caliente ( 95 ºC ) en una taza fría (25 ºC ), el café se enfría y la taza se calienta

CONCEPTO DE CALOR

• El calor es la energía que se transfiere desde un sistema a otro, debido a una diferencia de temperatura entre ellos .

• Como el calor es energía en tránsito se mide en el SI en la misma unidad que la energía y el trabajo o sea en Joule

• También se usa otra unidad llamada caloría 1cal = 4,186 J. Las Calorias con mayúscula que vienen expresadas en los alimentos es 1Cal=1kcal o sea 1Cal = 4.186 J

EQUILIBRIO TÉRMICO

Si esperamos un tiempo, el sistema (taza-café) pasa del estado (a) donde

el café le sede calor a la taza a un estado ( b) donde deja de pasar el

calor. Este es el estado de equilibrio térmico.

CONCEPTO DE TEMPERATURA La temperatura puede definirse como la variable

macroscópica mediante la cual podemos determinar si un sistema está (o no está) en equilibrio térmico con otro sistema

También se define como una medida de la energía cinética promedio del movimiento de traslación, de las partículas que forman el sistema. Si la temperatura se incrementa es consecuencia del aumento de la energía cinética promedio de traslación de las moléculas del sistema que aumenta la probabilidad de choques

Escalas de temperatura

Escala Celsius, Kelvin, Fahrenheit para el punto de fusión yebullición del agua.

CALOR ESPECÍFICO c• Para utilizar una variable que no dependa de la masa de la muestra

se introduce el concepto de calor específico: c

• Calor específico (c) es la cantidad de calor por unidad de masa , necesaria para variar la temperatura de la sustancia en 1ºC

• Si Q (calor aportado al sistema) produce un cambio de temperatura ∆T en una masa m de una sustancia entonces

• Q = m. c.∆T donde c es la cantidad de calor por unidad de masa, necesaria para variar la temperatura de la sustancia en 1ºC . Para el caso del agua C = 1 kcal / kg ºC = 4186 J / kg ºC

Q: calor aportado al sistemam: masa del sistemac: calor específico∆T : incremento de temperatura que experimenta el sistema

TABLA DE CALOR ESPECÍFICO

FORMAS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR

• El calor es la energía que fluye desde un objeto a otro como consecuencia de la diferencia de temperatura entre ellos

• Existen tres mecanismos básicos por los que el calor fluye espontáneamente desde una región de temperatura alta a de temperatura baja.

• Conducción, convección y radiación

Conducción La transferencia de calor por conducción se da por

medio de la agitación molecular dentro de un material.

Si un extremo de una barra de metal está a una temperatura más alta, la energía será transferida a través de la barra hacia el extremo más frío porque las partículas de más alta velocidad chocan con las más lentas provocando una transferencia neta de energía.

Velocidad de flujo, R

QR

t=

La rapidez con la que transfiere calor de un lado a otro se denomina velocidad de flujo, R.

k es una característica del material denominada conductividad térmica

Q: calor aportado al sistemam: masa del sistemac: calor específico∆T : incremento de temperatura que experimenta el sistemaR: velocidad de flujok: conductividad térmicat: tiempo

SustanciaSustancia Conductividad Conductividad TérmicaTérmica

PlataPlata 430430

CobreCobre 400400

AluminioAluminio 240240

HierroHierro 8080

ConcretoConcreto 1,31,3

VidrioVidrio 0,800,80

AguaAgua 0,800,80

Tejido grasoTejido graso 0,200,20

Madera, pinoMadera, pino 0,120,12

Material aislanteMaterial aislante 0,040,04

AireAire 0,0250,025

Conductividad térmica de varias sustancias en unidades de:

W

m C°

Convección La convección es la

transferencia de calor debida al movimiento total de un fluido tal como aire o agua. Se da cuando el fluido que se calienta y se mueve lejos de la fuente del calor, llevando energía.

La convección sobre una superficie caliente ocurre cuando el aire caliente se expande y se eleva por ser menos denso.

El aire caliente sube y desplaza al aire frío que baja por ser más denso.

Suponga que el aire se comporta como un gas ideal a presión constante.

constanteT

V =

EJEMPLO TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN EN GASES

Si la temperatura de

una masa de aire aumenta

debe de aumentar

también su volumen.

Cuarto cerrado con calentador

Aire más denso

Aire menos denso

Calentador

Radiación• Es la transferencia de calor por medio de ondas

electromagnéticas. Transmite energía desde el cuerpo radiante.

Para temperaturas normales, lejos del “rojo vivo”, la radiación electromagnética es en la región del infrarrojo.

Resuelva

• EJEMPLOS CONVECCION,CONDUCCION Y RADIACION

• TRANSMISIÓN DEL CALOR EN UNA PERSONA HACIA EL MEDIO AMBIENTE DE MAS DE 37 ° Y MENOS DE 10° EXPLIQUE

• Si usted se coloca un trozo de hielo en la boca, en algún momento toda el agua pasa de hielo T = 32,0 º F a la temperatura corporal T= 98,6 º F.

.Exprese estas temperaturas en º C y en K. Que mecanismo de transferencia de calor es el Indicado en el enunciado

TRANSMISIÓN DEL CALOR EN UNA PERSONA

– La transmisión de calor desde la piel hasta el medio ambiente se realiza normalmente por radiación de la piel que representa alrededor de la mitad de la perdida promedio de calor del cuerpo cuando una persona, ya esté desnuda o con ropa

– También se transmite calor por conducción desde la piel al aire circundante. La velocidad de pérdida de calor por conducción si disminuye cuando estamos vestidos.

– También ocurre una pequeña transmisión del calor por convección que se hace mas importante cuando hay viento

Enfriamiento del Cuerpo por Transpiración

Cuando la temperatura ambiente es mayor que la del cuerpo humano, todos los mecanismos de conducción de calor son hacia el cuerpo.

Los únicos mecanismos de transferencia de calor hacia el entorno son la evaporación del sudor y la pérdida de calor debida a la respiración.