Conducción de calor para niños
La conducción de calor es una forma en que la energía en forma de calor se mueve de un lugar a otro. Imagina que tocas una cuchara caliente: el calor de la cuchara pasa a tu mano por contacto directo. Este proceso ocurre sin que la materia se mueva de un sitio a otro. El calor siempre fluye desde un objeto más caliente hacia uno más frío que está en contacto con él.
La capacidad de un material para conducir el calor se llama conductividad térmica. Algunos materiales, como los metales, son muy buenos conductores de calor. Otros, como la madera o el aire, son malos conductores y se les llama aislantes térmicos. La propiedad opuesta a la conductividad térmica es la resistividad térmica, que mide qué tan bien un material se opone al paso del calor.
Cuando el calor se transfiere por conducción, lo que realmente se intercambia es la energía interna de las partículas más pequeñas del material, como las moléculas y los átomos. Estas partículas están siempre en movimiento. En los líquidos, el calor se mueve por las colisiones de las moléculas. En los sólidos, especialmente en los metales, los electrones libres ayudan a transportar el calor. En materiales no metálicos, el calor se transmite por la vibración de sus partículas.
Para entenderlo de forma sencilla, la cantidad de calor que se transmite por conducción depende de:
- Qué tan bien el material conduce el calor (su conductividad).
- El tamaño del área por donde pasa el calor.
- La diferencia de temperatura entre el lado caliente y el lado frío.
- El grosor del material (cuanto más grueso, más difícil es que pase el calor).
Contenido
¿Cómo se transfiere el calor?
El calor puede transferirse de tres maneras principales:
- Conducción: Es la transmisión de calor por contacto directo, sin que la materia se mueva. Por ejemplo, cuando calientas un extremo de una varilla de metal, el calor viaja poco a poco hasta el otro extremo. Las partículas que reciben el calor vibran más y chocan con las de al lado, pasándoles esa energía.
- Convección: Es la transmisión de calor que ocurre cuando la propia materia que lleva el calor se mueve. Un ejemplo es cuando hierves agua: el agua caliente sube y el agua fría baja, creando un ciclo que distribuye el calor.
- Radiación: Es la transmisión de energía a través de ondas, como las ondas de luz o de radio. No necesita contacto directo ni que la materia se mueva. El calor del Sol llega a la Tierra por radiación.
En la vida diaria, es común que estas tres formas de transferencia de calor ocurran al mismo tiempo, aunque una sea más notoria que las otras.
Un ejemplo claro es una lámpara encendida:
- El portalámparas se calienta por conducción (contacto directo).
- El aire alrededor de la lámpara se calienta y sube, moviendo el calor por convección.
- Si acercas la mano a la lámpara sin tocarla, sentirás el calor que emite por radiación.
Ley de Fourier: El flujo del calor
La conducción térmica se describe con la Ley de Fourier. Esta ley dice que el calor siempre fluye desde donde hay más temperatura hacia donde hay menos. Imagina una pared: si un lado está caliente y el otro frío, el calor intentará pasar de un lado al otro. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, más rápido fluirá el calor.
En un material, el calor se mueve por conducción en la dirección donde la temperatura baja más rápido.
Conductividad térmica: ¿Qué tan bien conduce el calor un material?
La conductividad térmica es una característica propia de cada material que nos dice qué tan fácil es para el calor pasar a través de él. Este valor puede cambiar un poco con la temperatura, pero generalmente se mide a 300 K para poder comparar los materiales.
Los metales suelen tener una conductividad térmica muy alta, lo que los hace buenos para cocinar o para disipar el calor. Los gases, en cambio, tienen una conductividad muy baja, por eso el aire atrapado es un buen aislante. Materiales como la fibra de vidrio o el corcho también son excelentes aislantes térmicos. En el vacío, donde no hay materia, la conducción de calor es casi nula.
En la industria, a veces se busca aumentar la conducción de calor usando materiales muy conductores o diseñando objetos con mucha superficie de contacto. Otras veces, se quiere evitar que el calor se escape, y para eso se usan materiales aislantes o se crean espacios con vacío.
| Material | λ | Material | λ | Material | λ |
|---|---|---|---|---|---|
| Acero | 47-58 | Corcho | 0,04-0,30 | Mercurio | 83,7 |
| Agua | 0,58 | Estaño | 64,0 | Mica | 0,35 |
| Aire | 0,02 | Fibra de vidrio | 0,03-0,07 | Níquel | 52,3 |
| Alcohol | 0,16 | Glicerina | 0,29 | Oro | 308,2 |
| Alpaca | 29,1 | Hierro | 80,2 | Parafina | 0,21 |
| Aluminio | 209,3 | Ladrillo | 0,80 | Plata | 406,1-418,7 |
| Amianto | 0,04 | Ladrillo refractario | 0,47-1,05 | Plomo | 35,0 |
| Bronce | 116-186 | Latón | 81-116 | Vidrio | 0,6-1,0 |
| Zinc | 106-140 | Litio | 301,2 | Yeso | 0,488 |
| Cobre | 372,1-385,2 | Madera | 0,13 | Polietileno | 0,035 |
El coeficiente de conductividad térmica (λ) nos dice cuánta energía de calor pasa a través de un material en ciertas condiciones. En el Sistema Internacional de Unidades, la conductividad térmica se mide en W por m por K (W/(m·K)).
Galería de imágenes
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El segundo principio de la termodinámica dice que el calor solo puede fluir de un cuerpo más caliente a uno más frío.
Véase también
En inglés: Thermal conduction Facts for Kids
- Convección térmica
- Radiación térmica
- Aislamiento térmico
- Transmitancia térmica
