Entendiendo la Conducción de Calor y los Factores que la Afectan

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Por Steven Holzner

La conducción transfiere el calor a través del material directamente, a través del contacto. Gracias a la física, sabemos que la conducción se ve afectada por la diferencia de temperatura, el área de conducción, la distancia que debe recorrer el calor y la cantidad de tiempo que pasa.

Echa un vistazo a la olla de metal en la figura y su mango de metal; la olla ha estado hirviendo durante 15 minutos. ¿Querría arrancarlo del fuego agarrando el mango sin un guante de cocina? Probablemente no. El mango está caliente debido a la conducción de calor a través del mango de metal.

La conducción calienta la olla que contiene el agua hirviendo.

A nivel molecular, las moléculas cercanas a la fuente de calor se calientan y comienzan a vibrar más rápido. Rebotan en las moléculas cercanas y hacen que vibran más rápido. Ese aumento del rebote es lo que calienta una sustancia.

Hay que tener en cuenta las diferentes propiedades de los objetos cuando se desea examinar la conducción que tiene lugar. Si usted tiene una barra de acero, por ejemplo, tiene que considerar el área y la longitud de la sección transversal de la barra, junto con la temperatura en las diferentes partes de la barra.

Conducción de calor en una barra de acero.

Echa un vistazo a la segunda figura, donde una barra de acero está siendo calentada en un extremo y el calor está viajando por conducción hacia el otro lado. ¿Puedes averiguar la energía térmica transferida? No hay problema.

Aquí están los factores que afectan la tasa de conducción:

  • Diferencia de temperatura. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre los dos extremos de la barra, mayor es la tasa de transferencia de energía térmica, por lo que se transfiere más calor. El calor, Q, es proporcional a la diferencia de temperatura:
  • Área de la sección transversal. Una barra dos veces más ancha conduce el doble de calor. En general, la cantidad de calor conducido, Q, es proporcional al área de la sección transversal, A, así:
  • Longitud (la distancia que debe recorrer el calor). Cuanto más larga sea la barra, menor será el calor que haga que llegue hasta el final. Por lo tanto, el calor conducido es inversamente proporcional a la longitud de la barra, l:
  • Tiempo. La cantidad de calor transferido, Q, depende de la cantidad de tiempo que pase, t – dos veces el tiempo, dos veces el calor. Así es como expresas esta idea matemáticamente:

Ahora puede poner las variables juntas, usando k como una constante de proporcionalidad que aún no se ha determinado.

Esta es la ecuación para la transferencia de calor por conducción a través de un material:

Esta ecuación representa la cantidad de calor transferido por conducción en una cantidad de tiempo dada, t, a lo largo de una longitud l, donde el área de la sección transversal es A. Aquí, k es la conductividad térmica del material, medida en julios por segundos metros-grados Celsius, o

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