LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Ya habíamos definido el calor como energía en tránsito; por consiguiente, el modo como se transmite el calor es un tema importante. El calor se mueve de un lugar a otro y siempre a un lugar de más temperatura a otro de menor temperatura.

Las maneras más comunes de transferencia de calor son por conducción, por convección y por radiación. Ahora comenzaremos con una descripción de estos mecanismos.

LA CONDUCCIÓN

Hagamos una experiencia. Pongamos una cuchara de metal en una taza con leche hirviendo. Al principio, el extremo de la cuchara estará frío, pero después de un tiempo, comenzará a calentarse. Lo que está sucediendo en la cuchara es un proceso de conducción del calor, lo que significa que el calor se transmite por las moléculas del medio material. Podemos observar que la cantidad de calor que se transmite en la cuchara por unidad de tiempo es inversamente proporcional a la longitud de la cuchara (L) y directamente proporcional a la variación de la temperatura (AT) y a la sección del material (A).

Pero además no es lo mismo que el material con que la cuchara está hecha sea aluminio o plata, ni tampoco si es madera o cerámica. Los materiales tienen un coeficiente de conductividad (K) que los caracteriza:

Los metales son buenos conductores del calor, así como la electricidad, como vimos en otro artículo, y el motivo es el mismo: tienen un gran número de electrones libre que permite el tránsito de la energía con más facilidad. Los no metales son malos conductores tanto del calor como de la electricidad.

LA CONVECCIÓN

Cuando calentamos un líquido, vemos que las capas inferiores se calientan primero y cambian su densidad subiendo hacia la superficie, lo que genera un movimiento que hace que las capas de arribas más frías y, por lo tanto, más densas bajen para ser calentadas. Este movimiento de las partículas es un fenómeno llamado corriente de convección, que es una transmisión del calor generadora de un movimiento de las capas del material por diferencia de densidad. Por esto mismo, solamente se produce convecciones en líquidos y gases, ya que la transmisión del calor se realiza por transferencia de materia de un lugar a otro.

Hay dos ejemplos muy comunes de la utilización de la convección. Una estufa se coloca en la parte inferior de una habitación para que el aire caliente suba, se enfríe, descienda y vuelva a ser calentado por las corrientes de convección.

En el caso de una heladera, la fuente de frio se coloca en la parte superior, lo que permite que se formen corrientes en sentido inverso porque el aire al enfriarse se contrae, se vuelve más denso y tiende a bajar. Se produce un enfriamiento de las partes inferiores; por eso, en la parte superior se colocan los lácteos o las carnes, que necesitan más frío para su conservación, y en la parte más baja se colocan las verduras.

Los acondicionadores de aire, por este mismo criterio, deben colocarse en la parte superior de la habitación.

LA RADIACIÓN

Tanto la conducción como la convección necesitan de un medio material para el transporte del calor. Hay otro mecanismo que no necesita ningún medio y se llama radiación. La radiación se produce por la transferencia de ondas electromagnéticas y se llama energía radiante.

Cuando estamos frente a una fogata y ponemos las manos o la cara frente a ella, recibimos la sensación de calor pero ese calor proviene de la conducción del calor por el aire; las brasas también liberan calor por radiación, invisible a nuestros ojos. Su longitud de onda está en el infrarrojo y la percibimos porque nuestra piel la recibe de sus moléculas de agua (el 80 % de los tejidos humanos está constituido por agua).

Una experiencia que hizo Benjamin Franklin en el siglo XVIII demostró que las telas o los tejidos de distintos colores captan más o menos radiación electromagnética de acuerdo con ellos. Un tejido claro absorbe menos que uno oscuro. Esta es la causa por la que en verano preferimos usar ropas claras. Un absorbente ideal de la radiación se llama cuerpo negro; él absorbe la totalidad de la energía radiante y con posterioridad la emite, transformándose en un emisor ideal.

Por otra parte, las superficies claras no absorben tanto la radiación electromagnética; las superficies lisas y brillantes son malos absorbentes de la radiación y la reflejan en su mayoría. Esta es la causa por la que los termos tienen las paredes interiores espejadas para conservar mejor y por más tiempo la temperatura interior.

Otro efecto práctico de la transmisión por radiación es el famoso horno a microondas. Las microondas son ondas electromagnéticas que radian a una frecuencia que está un poco por debajo del infrarrojo. Como esta es absorbida principalmente por las moléculas de agua que comienzan a vibrar produciendo aumento en la temperatura, se pueden cocinar alimentos de manera más rápida y con menor consumo de anergia.

Su aún no pasaste por nuestro artículo donde hablamos de qué es el calor, no dudes en visitarlo.

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