C8. Física Ii. Calor Y Modos De Transferencia De Calor.docx
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FÍSICA II FACULTAD CIENCIAS PECUARIAS.
DR. MARCELO NELSON NAVARRO OJEDA ESCUELA INGENIERÍA EN INDUSTRIAS PECUARIAS. ESPOCH
TEMA 1: Calor y Temperatura CONFERENCIA 8 CALOR Y MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Sumario: INTRODUCCIÓN 8.1. TRANSFERENCIA DE CALOR 8.1.1. Generalidades 8.1.2. Definición de transferencia de calor 8.1.3. Modos de transferencia de calor 8.1.3.1. Transferencia de calor por Conducción 8.1.3.2. Transferencia de calor por Convección 8.1.3.3. Transferencia de calor por Radiación 8.1.2. Efecto del calor sobre los cuerpos
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FÍSICA II FACULTAD CIENCIAS PECUARIAS.
DR. MARCELO NELSON NAVARRO OJEDA ESCUELA INGENIERÍA EN INDUSTRIAS PECUARIAS. ESPOCH
INTRODUCCIÓN
En la conferencia anterior estudiamos un muy importante tema, de amplia aplicación dentro del campo de las ingenierías: Temperatura y Calor. Bases indispensables para el tópico de la transferencia de calor.
La temperatura y el calor son términos muy populares, los cuales se confunden mutuamente. En incontables se está hablando de calor, cuando en realidad es temperatura.
La TEMPERATURA es una magnitud física que REFLEJA LA CANTIDAD DE CALOR, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente
El CALOR se define como la TRANSFERENCIA DE ENERGÍA a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno.
Ahora quisiera formular algunas preguntas manera de reflexión, que nos pueden servir para dar introducción a este interesantísimo tema. Veamos: ¿Por qué siento frío en los pies si camino descalzo sobre baldosas, pero no sobre una alfombra, aún cuando las baldosas y la alfombra se hallan a la misma temperatura? Al caminar sobre una plancha de acero, madera o una alfombra sentiré más frio sobre una superficie que en otra. ¿En cual más, en cual menos?, ¿Cómo explicaría Usted este fenómeno? ¿Por qué en la mayoría de los países europeos, Canadá, etc., las ventanas de las casas tienen doble vidrio con una capa de aire en el medio? ¿Por qué muchas de las asas de las sartenes u ollas son metálicas pero huecas? ¿Por qué abriga una frazada? ¿Por qué los habitantes del desierto cubren sus cuerpos con túnicas o vestidos extensos que cubren todo su cuerpo y turbantes, si hace tanto calor?
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DR. MARCELO NELSON NAVARRO OJEDA ESCUELA INGENIERÍA EN INDUSTRIAS PECUARIAS. ESPOCH
DESARROLLO 8.1.1. GENERALIDADES Hemos conceptualizado que el CALOR se define como la TRANSFERENCIA DE ENERGÍA a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno. En el estudio de este importante tema veremos las características más relevantes de cada caso y su trascendencia en los procesos productivos.
8.1.2. DEFINICIÓN DE TRANSFERENCIA DE CALOR
“La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.
Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico.
La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado del segundo principio de la termodinámica.
Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta” (Web2, 2015)
5.3.1. MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Veamos cómo nos ilustra este aspecto la fuente: Web2, 2015. Los modos de transferencia son diferentes procesos de transporte de calor, usualmente se agrupan en tres tipos según haya también transferencia o no transferencia de materia (o fotones) como los siguientes: CONDUCCIÓN INDUCCION RADIACIÓN
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8.1.3.1. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que puede ser un sólido- cuando existe una diferencia de temperatura. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire, la madera y los plásticos, entre otros pueden considerarse aislantes térmicos, por ser muy malos conductores del calor.
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La conducción del calor solo es posible si existe una diferencia de temperatura en un sistema, entre las dos partes del medio conductor. En la figura T2 T1. El calor fluye de T2 a T1, hasta alcanzar un estado de equilibrio termodinámico.
Sobre este importante tópico veamos que nos dice la fuente: Capítulo 14. Mecanismos de transferencia de calor. Disponible en Web: http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap14.pdf
La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.
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Veamos el enfoque que nos da la fuente Web5: “Texto Completo de Física” La expresión que rige la transmisión del calor en la unidad de tiempo por conducción en una pared plana o con un radio de curvatura mucho mayor que el espesor es:
siendo:
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8.1.3.2. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
(Pdf1, 2015)
La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas.
La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo si ponemos una cacerola con agua al fogón, la parte de abajo está muy caliente, y ocurre que el agua que está en contacto con la cacerola sube, bajando el agua que está en la parte superior; de esa forma se establece un movimiento convectivo del calor..
Un modelo matemático de trasferencia de calor H por convección, llamado “Ley de Enfriamiento de Newton” se expresa de la siguiente manera: 𝑯 = 𝒉𝑨(𝑻𝑨 − 𝑻) donde: H = Transferencia de calor por convección h = Coeficiente de Convección (Watt) A = Superficie que entrega calor TA = Temperatura de la superficie A T = Temperatura del fluido 7
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El flujo de calor por convección es POSITIVO si H 0, si el calor se transfiere desde la superficie de área A al fluido (TA T) y NEGATIVO si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie A (TA T) Una expresión similar la encontramos en la fuente Web5. Veamos: La expresión que rige la transmisión del calor por convección es
8.1.3.3. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
Se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. La radiación térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia todas las direcciones
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La fuente We5 nos ilustra de la siguiente manera: Todos los cuerpos irradian energía en forma de onda electromagnética, similares a las ondas de radio, rayos x , luz, etc. Lo único que difiere en estos distintos tipos de ondas es la longitud de onda o frecuencia. El calor por radiación al igual que estas ondas se propaga a la velocidad de la luz (3·108 m/s en el vacío) y no necesita de un medio para poder propagarse. Se transmite a través del vacío mejor que a través del aire ya que este siempre absorbe parte de la energía. La función que rige esta forma de propagación de la energía es la ley de Stefan – Boltzman
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CONCLUSIONES
En la conferencia de hoy hemos estudiado un muy importante tema, de amplia aplicación dentro del campo de las ingenierías: Temperatura y Calor. La transferencia de calor.
La temperatura y el calor son términos muy populares, los cuales se confunden mutuamente. En incontables se está hablando de calor, cuando en realidad es temperatura.
La TEMPERATURA es una magnitud física que REFLEJA LA CANTIDAD DE CALOR, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente
El CALOR se define como la TRANSFERENCIA DE ENERGÍA a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno.
BIBLIOGRAFÍA 1. Web1. Transferencia de calor. Disponible en Web: https://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calor 2. Web 2. Calor: Conceptos y tipos de transferencia de calor. Disponible en Web: http://www.monografias.com/trabajos88/calor-conceptos-y-tipos-transferencia-calor/calorconceptos-y-tipos-transferencia-calor.shtml 3. Web3. Def in ición de t em pe ra t u ra . Disponible en Web: http://definicion.de/temperatura/ 4. Web4. Calor y temperatura. Disponible en Web: http://www.monografias.com/trabajos106/calor-y-temperaturaa/calor-ytemperaturaa.shtml 5. Web5. Texto completo. Disponible en Web: https://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Texto_completo 6. Pdf1. Capítulo 14. Mecanismos de transferencia de calor. Disponible en Web: http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap14.pdf
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TEMA 1: Calor y Temperatura CONFERENCIA 8 CALOR Y MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Sumario: INTRODUCCIÓN 8.1. TRANSFERENCIA DE CALOR 8.1.1. Generalidades 8.1.2. Definición de transferencia de calor 8.1.3. Modos de transferencia de calor 8.1.3.1. Transferencia de calor por Conducción 8.1.3.2. Transferencia de calor por Convección 8.1.3.3. Transferencia de calor por Radiación 8.1.2. Efecto del calor sobre los cuerpos
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INTRODUCCIÓN
En la conferencia anterior estudiamos un muy importante tema, de amplia aplicación dentro del campo de las ingenierías: Temperatura y Calor. Bases indispensables para el tópico de la transferencia de calor.
La temperatura y el calor son términos muy populares, los cuales se confunden mutuamente. En incontables se está hablando de calor, cuando en realidad es temperatura.
La TEMPERATURA es una magnitud física que REFLEJA LA CANTIDAD DE CALOR, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente
El CALOR se define como la TRANSFERENCIA DE ENERGÍA a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno.
Ahora quisiera formular algunas preguntas manera de reflexión, que nos pueden servir para dar introducción a este interesantísimo tema. Veamos: ¿Por qué siento frío en los pies si camino descalzo sobre baldosas, pero no sobre una alfombra, aún cuando las baldosas y la alfombra se hallan a la misma temperatura? Al caminar sobre una plancha de acero, madera o una alfombra sentiré más frio sobre una superficie que en otra. ¿En cual más, en cual menos?, ¿Cómo explicaría Usted este fenómeno? ¿Por qué en la mayoría de los países europeos, Canadá, etc., las ventanas de las casas tienen doble vidrio con una capa de aire en el medio? ¿Por qué muchas de las asas de las sartenes u ollas son metálicas pero huecas? ¿Por qué abriga una frazada? ¿Por qué los habitantes del desierto cubren sus cuerpos con túnicas o vestidos extensos que cubren todo su cuerpo y turbantes, si hace tanto calor?
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DESARROLLO 8.1.1. GENERALIDADES Hemos conceptualizado que el CALOR se define como la TRANSFERENCIA DE ENERGÍA a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno. En el estudio de este importante tema veremos las características más relevantes de cada caso y su trascendencia en los procesos productivos.
8.1.2. DEFINICIÓN DE TRANSFERENCIA DE CALOR
“La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.
Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico.
La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado del segundo principio de la termodinámica.
Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta” (Web2, 2015)
5.3.1. MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Veamos cómo nos ilustra este aspecto la fuente: Web2, 2015. Los modos de transferencia son diferentes procesos de transporte de calor, usualmente se agrupan en tres tipos según haya también transferencia o no transferencia de materia (o fotones) como los siguientes: CONDUCCIÓN INDUCCION RADIACIÓN
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8.1.3.1. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que puede ser un sólido- cuando existe una diferencia de temperatura. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire, la madera y los plásticos, entre otros pueden considerarse aislantes térmicos, por ser muy malos conductores del calor.
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La conducción del calor solo es posible si existe una diferencia de temperatura en un sistema, entre las dos partes del medio conductor. En la figura T2 T1. El calor fluye de T2 a T1, hasta alcanzar un estado de equilibrio termodinámico.
Sobre este importante tópico veamos que nos dice la fuente: Capítulo 14. Mecanismos de transferencia de calor. Disponible en Web: http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap14.pdf
La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.
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Veamos el enfoque que nos da la fuente Web5: “Texto Completo de Física” La expresión que rige la transmisión del calor en la unidad de tiempo por conducción en una pared plana o con un radio de curvatura mucho mayor que el espesor es:
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8.1.3.2. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
(Pdf1, 2015)
La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas.
La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo si ponemos una cacerola con agua al fogón, la parte de abajo está muy caliente, y ocurre que el agua que está en contacto con la cacerola sube, bajando el agua que está en la parte superior; de esa forma se establece un movimiento convectivo del calor..
Un modelo matemático de trasferencia de calor H por convección, llamado “Ley de Enfriamiento de Newton” se expresa de la siguiente manera: 𝑯 = 𝒉𝑨(𝑻𝑨 − 𝑻) donde: H = Transferencia de calor por convección h = Coeficiente de Convección (Watt) A = Superficie que entrega calor TA = Temperatura de la superficie A T = Temperatura del fluido 7
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El flujo de calor por convección es POSITIVO si H 0, si el calor se transfiere desde la superficie de área A al fluido (TA T) y NEGATIVO si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie A (TA T) Una expresión similar la encontramos en la fuente Web5. Veamos: La expresión que rige la transmisión del calor por convección es
8.1.3.3. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
Se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. La radiación térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia todas las direcciones
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La fuente We5 nos ilustra de la siguiente manera: Todos los cuerpos irradian energía en forma de onda electromagnética, similares a las ondas de radio, rayos x , luz, etc. Lo único que difiere en estos distintos tipos de ondas es la longitud de onda o frecuencia. El calor por radiación al igual que estas ondas se propaga a la velocidad de la luz (3·108 m/s en el vacío) y no necesita de un medio para poder propagarse. Se transmite a través del vacío mejor que a través del aire ya que este siempre absorbe parte de la energía. La función que rige esta forma de propagación de la energía es la ley de Stefan – Boltzman
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CONCLUSIONES
En la conferencia de hoy hemos estudiado un muy importante tema, de amplia aplicación dentro del campo de las ingenierías: Temperatura y Calor. La transferencia de calor.
La temperatura y el calor son términos muy populares, los cuales se confunden mutuamente. En incontables se está hablando de calor, cuando en realidad es temperatura.
La TEMPERATURA es una magnitud física que REFLEJA LA CANTIDAD DE CALOR, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del medio ambiente
El CALOR se define como la TRANSFERENCIA DE ENERGÍA a través de la frontera de un sistema debido a la diferencia de temperatura entre el sistema y su entorno.
BIBLIOGRAFÍA 1. Web1. Transferencia de calor. Disponible en Web: https://es.wikipedia.org/wiki/Transferencia_de_calor 2. Web 2. Calor: Conceptos y tipos de transferencia de calor. Disponible en Web: http://www.monografias.com/trabajos88/calor-conceptos-y-tipos-transferencia-calor/calorconceptos-y-tipos-transferencia-calor.shtml 3. Web3. Def in ición de t em pe ra t u ra . Disponible en Web: http://definicion.de/temperatura/ 4. Web4. Calor y temperatura. Disponible en Web: http://www.monografias.com/trabajos106/calor-y-temperaturaa/calor-ytemperaturaa.shtml 5. Web5. Texto completo. Disponible en Web: https://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Texto_completo 6. Pdf1. Capítulo 14. Mecanismos de transferencia de calor. Disponible en Web: http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap14.pdf
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