Transferencia de Calor

La transferencia de calor se produce normalmente desde un objeto con alta temperatura, a otro objeto con temperatura mas baja. La transferencia de calor cambia la energ�a interna de ambos sistemas implicados, de acuerdo con la primera ley de la Termodin�mica.

Conducci�n del Calor

La conducci�n es la transferencia de calor, por medio de la excitaci�n molecular en el interior del material, sin ning�n tipo de movimiento entre los objetos. Si un extremo de una barra de metal est� a una temperatura mas alta, entonces se transferir� energ�a hacia el extremo mas fr�o, debido a las colisiones de part�culas de alta velocidad con las mas lentas, produci�ndose una transferencia neta de energ�a hacia estas �ltimas. En una transferencia entre dos superficies planas, como la p�rdida de calor a trav�s de las paredes de una casa, la tasa de transferencia de calor por conducci�n es:

C�lculo = calor trasnferido en el tiempo = = conductividad t�rmica de la barrera �rea = temperatura = grosor de la barrera

Convecci�n del Calor

La convecci�n es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, tal como el aire o el agua. Cuando estos se calientan se mueven hacia fuera de la fuente de calor, transportando consigo la energ�a. La convecci�n por encima de una superficie caliente ocurre porque, cuando se calienta el aire en contacto con la superficie, se expande, se hace menos denso, y se eleva (ver la ley de gas ideal). De igual manera, el agua caliente es menos densa que la fr�a y por tanto se eleva, originando corrientes de convecci�n que transportan energ�a.

La convecci�n tambi�n puede originar la circulaci�n de un l�quido, como en el calentamiento de una olla de agua sobre una llama. El agua caliente se expande y se hace mas ligera. El agua mas fr�a, cerca de la superficie es mas densa y desciende. Con ambos movimientos se forma un patr�n de circulaci�n, aunque no tan regular como sugiere la ilustraci�n adjunta.

En el aceite que se calienta en la olla de la izquierda, se ven las c�lulas de convecci�n. El calentamiento del aceite, produce cambios en el �ndice de refracci�n del mismo, haciendo visible los contornos de las c�lulas. Se forman patrones de circulaci�n, y posiblemente las estructuras con forma de pared observadas, son los l�mites entre los patrones de circulaci�n.

Se cree que la convecci�n juega un papel principal en el transporte de la energ�a desde el centro del Sol a la superficie, y en el movimiento del magma caliente por debajo de la superficie terrestre. La superficie visible del Sol (la fotosfera) tiene un aspecto granular, con una dimensi�n t�pica de un gr�nulo de 1000 kil�metros. La imagen de la derecha es de la p�gina web de F�sica Solar de la NASA, y se le atribuye a G. Scharmer y al Telescopio Solar Sueco de vac�o. Los gr�nulos son descritos como c�lulas de convecci�n que transportan el calor desde el interior del Sol a la superficie.

En la transferencia de calor normal en la Tierra, es dif�cil cuantificar los efectos de la convecci�n, ya que depende inherentemente de peque�as faltas de uniformidad, en un medio que por otra parte, se muestra bastante homog�neo. En los modelos como el enfriamiento del cuerpo humano, la conducci�n juega un papel fundamental.