El fenómeno físico del intercambio de energía térmica entre dos sistemas mediante la disipación de energía se conoce como transferencia de calor. Los principales aspectos del intercambio de calor son la temperatura y el flujo de calor. La temperatura determina la cantidad de energía térmica aportada y el flujo de calor significa transferencia de energía térmica.
La energía cinética de las partículas está directamente relacionada con la energía térmica a pequeña escala. Las partículas se agitan más a medida que aumenta la temperatura, lo que produce movimientos lineales y vibraciones.
La energía se transfiere de regiones con mayor energía cinética a regiones con menor energía cinética. Las diferencias de temperatura se pueden clasificar en conducción, convección y radiación.
Conducción vs Convección vs Radiación
La principal diferencia entre conducción, convección y radiación es que la transferencia de calor se realiza mediante contacto directo en la conducción. En cambio, en la convección, el movimiento de las moléculas interviene en la transferencia de calor. Por otro lado, la radiación es el proceso de disipar calor mediante ondas electromagnéticas.
La colisión molecular directa es la forma en que la conducción transmite calor. La energía térmica se transferirá de un área con energía cinética elevada a un área con energía cinética inadecuada. Las partículas con una velocidad más rápida entrarán en contacto con moléculas con una velocidad más lenta. Como resultado, aumentará la energía cinética de las partículas que se mueven más lentamente.
Cuando un medio, como el aire o un líquido, se expone al calor y se aleja de la fuente, la energía térmica se lleva consigo. Convección es el término para esta forma de transmisión de calor. Una superficie caliente hace que el líquido que la cubre se expanda, se vuelva menos denso y se eleve.
La dispersión de ondas electromagnéticas produce radiación térmica. Estas ondas alejan la energía del objeto generador. La radiación puede ocurrir en el vacío o a través de cualquier sustancia clara. La radiación es una consecuencia directa de átomos o moléculas que se mueven al azar.
Tabla de comparación entre conducción, convección y radiación
| Parámetros de comparación | Conducción | Convección | La radiación |
| Definición | La conducción es un proceso físico en el que el calor se transfiere por la conexión entre las dos superficies. | La convección es el proceso en la transferencia de energía térmica en los fluidos. | El proceso de radiación transmite energía térmica en ondas electromagnéticas sin tocar ninguna de las dos superficies. |
| Aparición | Se produce en los sólidos por la colisión de átomos o moléculas en su interior. | Ocurre en fluidos que son líquidos y gases. | Puede ocurrir en cualquier lugar y no necesita ningún medio. |
| Transferencia de calor | Necesita sustancia sólida para la transferencia de calor. | Necesita líquidos. | Utiliza ondas electromagnéticas. |
| Velocidad | Es un proceso lento | es un proceso lento | es un proceso rapido |
¿Qué es la conducción?
La conducción es el proceso que permite la transferencia de calor a través de materiales debido a diferencias de temperatura entre secciones adyacentes de material. Ocurre cuando la temperatura de las partículas de materia aumenta, provocando intensas vibraciones.
Las partículas entran en contacto con átomos y moléculas, haciéndolos vibrar y transportando energía térmica a partes cercanas del objeto.
La conducción es el movimiento de energía desde el objeto más caliente al más frío una vez que dos superficies están en contacto directo. Además, los conductores son elementos que permiten que el calor pase fácilmente a través de ellos.
¿Qué es la convección?
La convección es un tipo de transferencia de calor que ocurre únicamente en fluidos y es causada por el movimiento genuino de materiales. El término "fluido" se refiere a cualquier medio en el que moléculas como líquidos y gases puedan moverse libremente de un lugar a otro. Ocurre de forma natural o quizás incluso de forma intrusiva.
La gravedad juega un papel vital en la convección natural cuando un fluido se calienta desde abajo, lo que hace que el componente más caliente se expanda.
El material más caliente aumenta rápidamente la flotabilidad porque es menos pesado. En comparación, el material más frío intenta reemplazar esto hundiéndose hasta el fondo debido al aumento de densidad; por tanto, la tendencia se repite. Cuando una sustancia se calienta por convección, las moléculas se dispersan y se alejan.
¿Qué es la radiación?
La radiación es un proceso de transferencia de calor que no implica el uso de un mediador. Implica el movimiento de energía en ondas que no requieren el paso de moléculas. Para transferir calor, los objetos no tienen que estar en estrecho contacto entre sí.
La radiación hace que usted sienta calor aunque no esté tocando el sujeto. Además, el pigmento, la orientación de la superficie y otras cualidades de la superficie influyen significativamente en la radiación.
Este procedimiento transmite la energía a través de ondas electromagnéticas, llamada energía radiante. Los objetos calientes en un ambiente más frío emiten energía térmica. La energía radiante puede desplazarse desde su origen a entornos más fríos.
La radiación solar, que recibimos del sol a pesar de su distancia, es el ejemplo más notable de radiación.
Principales diferencias entre conducción, convección y radiación
- La conducción es el transporte físico de calor en sólidos, la convección es el movimiento de calor entre fluidos y la radiación es el proceso de transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas.
- La conducción ocurre en sólidos, la convección ocurre en líquidos y gases y la radiación ocurre en todos los estados de la materia, incluso en el vacío.
- La conducción es más lenta que la convección, que es más rápida que la radiación.
- La conducción y la convección no siguen la regla de la refracción y la reflexión, mientras que la radiación sí.
- La diferencia de temperatura provoca la transmisión de calor por conducción, mientras que la convección es causada por diferencias de densidad y las temperaturas superiores a 0 K provocan radiación.
- La conducción ocurre en sólidos como resultado de colisiones moleculares. Por el contrario, la convección ocurre en los fluidos debido al flujo de moléculas y la radiación ocurre en el espacio incluso sin un intercambiador de calor.
Conclusión
Entonces, el calor es la transferencia de energía de un sistema a otro provocada por un diferencial de temperatura, que puede ocurrir en los siguientes métodos: conducción, convección y radiación.
La termodinámica es la ciencia que estudia la transmisión del calor y las transformaciones que se producen debido a ella. El flujo de calor de una región más caliente a una más fría se llama conducción. La convección es la transferencia de calor que se produce cuando un fluido sube y baja. Cuando el calor fluye a través del espacio vacío, se llama radiación.
Estos tipos de transmisión de calor a menudo se malinterpretan, pero dependen de varias interacciones físicas para transmitir energía.
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