Qué tipo de transferencia de calor ocurre en líquidos y gases

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Las transferencias de calor ocurren por tres mecanismos principales: conducción, donde las moléculas que vibran con rigor les transfieren su energía a otras moléculas de baja energía; convexión, donde el gran movimiento de un fluido causa corrientes y remolinos que promueven la mezcla y distribución de la energía térmica; y radiación, donde un cuerpo caliente emite energía que puede actuar sobre otro sistema a través de ondas electromagnéticas. Los dos métodos más prominentes de transferencia de calor en líquidos y gases son la convexión y la conducción.

Conducción general

La conducción suele ocurrir en sólidos. Las partes superiores de las estufas eléctricas usan transferencia de calor por conducción para hacer hervir una olla con agua: la energía térmica se transfiere desde el quemador caliente hacia la olla fría, incrementando la temperatura del agua. La conducción ocurre debido a la vibración de las moléculas. En una sustancia sólida, los átomos, dispuestos muy estrechamente en estructuras tipo red, tienen muy poca libertad para moverse en el espacio. A medida que el quemador se caliente, los átomos en el metal comienzan a vibrar más y más rápido a medida que aumenta su energía. Cuando colocas una olla con agua fría en el quemador, estás creando un gradiente de temperaturas, es decir, un lugar hacia donde fluya el calor. Como la energía fluye desde las cosas calientes hacia las cosas más frías, los átomos en vibración del quemador les transfieren algo de su calor a los átomos que forman parte del metal de la olla. Esto hace que los átomos de la olla vibren, transfiriéndole su energía al agua.

Conducción en gases y líquidos

La conducción es más en sólidos pero, en principio, puede (y lo hace) suceder en líquidos y gases, aunque no tan bien. Como las moléculas de los fluidos tienen una mayor libertad de movimiento que en los sólidos, hay menos probabilidades de que las moléculas en vibración colisionen con otras y les transfieran su energía a través del fluido. De hecho, el aire es un conductor tan pobre que se usa para ayudar a aislar los hogares. Algunas ventanas de eficiencia energética tienen "espacios de aire" entre ellas para crear un bolsillo de aire entre el interior de la casa y el aire frío del exterior. Como el aire no conduce muy bien el calor, una cantidad mayor de calor permanece en el interior de la casa, dado que el aire dificulta la salida de la energía térmica.

Convexión

La convexión es, por lejos, la forma más eficiente y común de transferir calor a través de líquidos y gases. Ocurre cuando algunas regiones de un fluido se vuelven más calientes que otras, causando corrientes en el fluido que lo mueven para distribuir el calor de una manera más uniforme. Piensa en una casa en época invernal. Es posible que hayas notado que el ático siempre está caliente, mientras que el sótano suele estar frío. Esto sucede porque cuando el aire se caliente, se vuelve más liviano y, por lo tantno, se mueve hacia arriba en dirección al techo. El aire frío es mucho más pesado y cae hacia el suelo. A medida que el aire caliente se mueve hacia el techo y el aire frío cae, estas dos clases de aire colisionan y se mezclan, provocando que el calor del aire caliente se transfiera hacia el aire más frío y, de esta manera, se distribuya el calor por toda la habitación.

Radiación

La radiación ocurre cuando un cuerpo se vuelve lo suficientemente caliente como para emitir energía electromagnética. El Sol es un clásico ejemplo de una transferencia de calor radiante: se encuentra muy lejos en el espacio, pero está lo suficientemente caliente como para que sientas su calor. Lo sientes debido a la radiación, e incluso en un día frío puede sentirse la calidez del Sol. La energía electromagnética puede viajar a través del vacío y provocar el calentamiento de un blanco desde una gran distancia. La transferencia de calor radiante no suele ocurrir en líquidos y gases.