Procesos de Transferencia de Calor - Conducción, Convección y Radiación
Summary
TLDREl script del video ofrece una explicación detallada de los procesos de transferencia de calor, que son esencialmente la conducción, la convección y la radiación. La conducción, que ocurre por contacto directo entre moléculas en sólidos, líquidos y gases, depende de la conductividad térmica de los materiales. La convección, un proceso de transferencia de calor por el movimiento de masa en fluidos, se divide en convección libre y forzada, siendo esta última también conocida como advección en la meteorología. La radiación, la transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas, no requiere de un medio y puede viajar al vacío a la velocidad de la luz. Todos los cuerpos emiten radiación, y la cantidad de radiación emitida es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura del cuerpo. Además, se diferencia entre la radiación ionizante, que puede ser perjudicial para la salud, y la no ionizante, que no causa daño. El video concluye con una breve mención a cómo los cuerpos pueden reflejar, absorber o ser diabólicos térmicos ante la radiación, y cómo esto depende de la longitud de onda y las características del cuerpo.
Takeaways
- 🔥 La transferencia de calor ocurre entre dos cuerpos con temperaturas distintas, fluye siempre del cuerpo más caliente al más frío hasta alcanzar el equilibrio térmico.
- 🌡️ La conducción es la transferencia de calor por contacto directo entre las moléculas de un cuerpo y puede ocurrir en sólidos, líquidos y gases.
- 🌡️ La velocidad de la transferencia de calor por conducción depende de la conductividad térmica del material, la diferencia de temperatura y el área de contacto.
- 🔩 Los materiales como la madera son malos conductores de calor, mientras que los metales como la plata son buenos conductores debido a su alta conductividad térmica.
- 🌬️ La convección es la transferencia de calor por el movimiento de masa, presente solo en fluidos como líquidos y gases.
- 🌟 La radiación es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas, que no requieren un medio para propagarse y viajan a la velocidad de la luz.
- ☀️ Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, y cuanto más caliente es el cuerpo, mayor es la cantidad de radiación emitida, proporcional a la temperatura elevada a la cuarta potencia.
- 🌡️ La longitud de onda de la radiación electromagnética está relacionada con la temperatura del cuerpo emisor; cuerpos más calientes emiten radiación con longitudes de onda más cortas.
- 🌈 El espectro electromagnético clasifica las diferentes longitudes de onda en grupos como ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible, ultravioleta, rayos X y gamma.
- ⚠️ La radiación ionizante, como los rayos ultravioleta y rayos gamma, tiene suficiente energía para dañar el ADN y es perjudicial para la salud, mientras que la radiación no ionizante no lo es.
- 🌍 La radiación emitida por el sol es mucho más energética y tiene longitudes de onda más cortas que la radiación emitida por la Tierra debido a su temperatura más alta.
- 🛡️ Un cuerpo puede reflejar, absorber o ser díaz térmico ante la radiación, dependiendo de la longitud de onda de la radiación y las características del cuerpo receptor.
Q & A
¿Qué es la transferencia de calor?
-La transferencia de calor es el proceso mediante el cual la energía térmica o calorífica se transmite de un cuerpo a otro si estos tienen temperaturas distintas, siempre fluye del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico.
¿Cuáles son los tres mecanismos de transferencia de calor?
-Los tres mecanismos de transferencia de calor son la conducción, la convección y la radiación.
¿Cómo se define la conductividad térmica?
-La conductividad térmica es una propiedad que determina la capacidad de un material o sustancia para conducir el calor.
¿Por qué la madera es considerada un aislante térmico y la plata un buen conductor térmico?
-La madera tiene una conductividad térmica relativamente baja, lo que significa que conduce el calor más lentamente y es considerada un aislante térmico. Por otro lado, la plata tiene una alta conductividad térmica, lo que implica que conduce el calor de manera más rápida y es un buen conductor térmico.
¿Qué es la convección y cómo se produce?
-La convección es la transferencia de calor por el movimiento de masa, es decir, que se presenta en fluidos. Se divide en convección libre y convección forzada. La convección libre ocurre cuando el movimiento del fluido es causado por diferencias de densidad, producto de diferencias de temperatura. La convección forzada ocurre cuando el movimiento del fluido es causado por factores externos.
¿Cómo se relaciona la radiación con la temperatura de un cuerpo?
-La radiación es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. La cantidad de radiación emitida por un cuerpo es proporcional a la temperatura elevada a la cuarta potencia, lo que significa que un aumento en la temperatura del cuerpo aumenta significativamente la cantidad de radiación que emite.
¿Por qué todos los cuerpos emiten radiación?
-Todos los cuerpos emiten radiación porque están en estado de temperatura y, por lo tanto, emiten ondas electromagnéticas. La radiación emitida varía en función de la temperatura del cuerpo; cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la cantidad de radiación emitida.
¿Cómo se relaciona la longitud de onda de la radiación con la energía que transporta?
-La longitud de onda de la radiación está directamente relacionada con la energía que transporta: entre menor sea la longitud de onda, mayor será la energía que transporta, y viceversa.
¿Qué es la radiación ionizante y cómo se diferencia de la radiación no ionizante?
-La radiación ionizante es aquella que tiene suficiente energía para romper las cadenas de ADN dentro de nuestras células, representando un riesgo para la salud. Por otro lado, la radiación no ionizante no tiene suficiente energía para causar daño en nuestro cuerpo.
¿Cómo se clasifica la radiación en el espectro electromagnético según su longitud de onda?
-En el espectro electromagnético, la radiación se clasifica según su longitud de onda desde las ondas de radio, que son las más largas y menos energéticas, hasta los rayos gamma, que son las más cortas y más energéticas, pasando por microondas, infrarrojo, luz visible y ultravioleta.
¿Cómo se relaciona la radiación emitida por el sol con la temperatura del sol?
-La radiación emitida por el sol es mucho mayor que la de la tierra debido a que su temperatura es mucho más alta. Además, la longitud de onda de la radiación emitida por el sol es más corta debido a su mayor temperatura, lo que implica que emite una radiación más energética.
¿Cómo puede un cuerpo recibir y reaccionar ante la radiación?
-Un cuerpo puede reflejar la radiación, absorberla y convertirla en calor o ser díaz térmico, lo que significa que la radiación lo atraviesa sin afectarlo. El tipo de reacción depende del tipo de radiación y las características intrínsecas del cuerpo.
Outlines
🔥 Procesos de Transferencia de Calor
Este primer párrafo aborda los conceptos fundamentales de la transferencia de calor, que es el proceso mediante el cual la energía térmica se transmite de un cuerpo a otro si tienen temperaturas distintas. Se mencionan los tres mecanismos principales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. La conducción se describe como la transferencia de calor por contacto directo entre las moléculas de un cuerpo o sustancia, y se destaca la importancia de la conductividad térmica en la velocidad de este proceso. Se proporciona un ejemplo comparando la madera y la plata en términos de su conductividad térmica, y se ilustra la diferencia en el calor que transmiten. Además, se menciona cómo el aire, debido a su baja conductividad térmica, actúa como un mal conductor del calor, lo que se demuestra con la analogía de un horno a 200 grados celsius.
🌀 Convección y Radiación
El segundo párrafo se enfoca en la convección, que es la transferencia de calor por el movimiento de masa en fluidos, y se divide en convección libre y convección forzada. La convección libre ocurre debido a las diferencias de densidad causadas por diferencias de temperatura, como se ilustra con el ejemplo de un recipiente con aire calentado. La convección forzada, por otro lado, es causada por factores externos, como el uso de un ventilador. También se discute cómo estos movimientos de aire son fundamentales para la circulación atmosférica y los fenómenos meteorológicos. El párrafo finaliza con una introducción a la radiación, que es la transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas que no requieren un medio para propagarse y viajan a la velocidad de la luz. Se menciona que todos los cuerpos emiten radiación y que la cantidad de radiación emitida por un cuerpo es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura.
🌡️ Longitud de Onda y Energía de la Radiación
Este párrafo explora en detalle la relación entre la longitud de onda de la radiación y la temperatura del cuerpo emisor. Se explica que la longitud de onda disminuye a medida que aumenta la temperatura, y que la energía transportada por la radiación es directamente proporcional a la longitud de onda. Se utiliza el sol y la tierra como ejemplos para comparar sus longitudes de onda y energías de radiación. Además, se introduce el concepto de espectro electromagnético y se clasifica la radiación en diferentes tipos según su longitud de onda, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. Se destaca la diferencia entre la radiación ionizante y no ionizante en términos de su efecto en la salud y el riesgo que representan. Finalmente, se compara la radiación emitida por el sol y la tierra, destacando que la radiación solar es más intensa y tiene longitudes de onda más cortas debido a la mayor temperatura del sol.
👋 Comportamiento de los Cuerpos ante la Radiación
El último párrafo del script se centra en el comportamiento de los cuerpos receptores ante la radiación. Se describe que los cuerpos pueden reflejar, absorber o ser díaz por la radiación, dependiendo de su tipo y las características intrínsecas del cuerpo. Se menciona que el cuerpo receptor puede absorber la radiación y convertirla en calor, lo que puede aumentar su temperatura. Se concluye el párrafo con una breve mención a la radiación solar y terrestre, y se invita al espectador a suscribirse y activar las notificaciones para recibir actualizaciones sobre nuevos videos.
Mindmap
Keywords
💡Transferencia de calor
💡Conductividad térmica
💡Convección
💡Radiación
💡Luz de onda
💡Espectro electromagnético
💡Radiación ionizante
💡Temperatura
💡Equilibrio térmico
💡Advección
💡Subsistencia
Highlights
El calor es una forma de energía térmica que se transmite de un cuerpo a otro si éstos tienen temperaturas distintas.
La transferencia de calor se produce a través de diferentes procesos: conducción, convección y radiación.
La conducción es la transferencia de calor por contacto directo entre las moléculas de un cuerpo.
La conductividad térmica es la propiedad que determina la capacidad de un material para conducir el calor.
La madera y el aire tienen una conductividad térmica baja, lo que los hace buenos aislantes térmicos.
La convección es la transferencia de calor por el movimiento de masa en fluidos como líquidos y gases.
La convección libre ocurre debido a diferencias de densidad causadas por diferencias de temperatura en el fluido.
La convección forzada es causada por factores externos que provocan el movimiento del fluido, como un ventilador.
La radiación es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas que no requieren un medio para propagarse.
Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, independientemente de su temperatura.
La cantidad de radiación emitida es proporcional a la temperatura elevada a la cuarta potencia.
La radiación ionizante tiene suficiente energía para romper las cadenas de ADN y representa un riesgo para la salud.
La radiación no ionizante no tiene suficiente energía para causar daño en el cuerpo humano.
El sol emite una radiación con una longitud de onda más corta y una mayor cantidad debido a su alta temperatura.
La radiación emitida por la Tierra es mayormente de onda larga debido a su temperatura más baja.
El cuerpo receptor de la radiación puede reflejarla, absorberla como calor o ser diáfano a la radiación.
El comportamiento de un objeto ante la radiación depende de la longitud de onda de la radiación y las características del objeto.
Transcripts
[Música]
hoy hablaremos acerca de los procesos de
transferencia de calor en el vídeo
anterior ya dijimos que el calor es una
forma de energía específicamente es
energía térmica o calorífica que se
transmite de un cuerpo a otro si éstos
tienen temperaturas distintas y por
regla general de la termodinámica el
calor siempre fluye del cuerpo de mayor
temperatura al de menor temperatura esto
se produce hasta que se alcance el
equilibrio térmico es decir que ambas
sustancias u objetos cuenten con la
misma temperatura ahora esta
transferencia de calor se puede dar a
través de diferentes procesos o
mecanismos que son justamente los
procesos de transferencia de calor que
veremos en este vídeo y estos son la
conducción la convección y la radiación
iniciemos entonces con la conducción
esta es la transferencia de calor por
contacto directo entre las moléculas de
un cuerpo o sustancia lo que sucede en
este caso es que las moléculas impactan
entre sí transfiriendo así el calor
entre ellas este proceso se puede dar
tanto en sólidos como en líquidos y
gases y aunque en estos dos ejemplos
podemos ver cómo se conduce el calor
dentro de una misma sustancia o cuerpo
también hay que decir que si tenemos dos
cuerpos individuales a diferentes
temperaturas que están en contacto
también se va a producir la conducción
de calor del de mayor temperatura hacia
el de menor temperatura ahora qué tan
rápido se produce esta transferencia de
calor depende de una propiedad conocida
como conductividad térmica ya que ésta
determina la capacidad de un material o
sustancia para conducir el calor aquí
podemos ver una tabla con diferentes
materiales y su correspondiente
conductividad térmica
ahora también hay que decir que la
rapidez con la cual se conduce el calor
depende en parte de la diferencia de
temperatura entre los cuerpos y el área
expuesta dicho esto veamos un pequeño
ejemplo aquí podemos observar que la
madera tiene una conductividad térmica
relativamente baja mientras que por otro
lado la plata tiene una alta
conductividad térmica lo que esto
implica es que si exponemos la misma
cantidad de madera y de plata a una
misma fuente de calor la madera va a
conducir el calor más lentamente por lo
tanto decimos que es un aislante térmico
mientras que por otro lado la plata lo
va a hacer de una forma mucho más rápida
con lo cual decimos que es un buen
conductor térmico ahora con esto en
mente veamos otro ejemplo en esta tabla
podemos ver que el aire tiene también
una baja conductividad térmica
por lo tanto entonces supongamos que
tenemos un horno a 200 grados celsius en
este caso tanto la parrilla como el aire
dentro del horno se encuentran ambos a
200 grados
sin embargo si metemos una mano al horno
sin tocar la parrilla sentimos que el
aire se encuentra caliente pero no nos
quema a pesar de que se encuentre a 200
grados y esto es nuevamente porque el
aire es un mal conductor del calor
por eso el calor no pasa tan fácilmente
a nuestra mano y no nos quemamos
inmediatamente ahora si en este caso
intentamos tocar la parrilla que se
encuentra a los mismos 200 grados si nos
vamos a quemar ya que el metal es un
buen conductor del calor con lo cual el
calor va a conducirse más rápidamente
hacia nuestra mano causando nos una
quemadura
ahora ya que vimos la conducción pasemos
con el siguiente proceso la convección
esta es transferencia de calor por el
movimiento de masa es decir que se
presenta en fluidos
esto implica entonces que solamente
vamos a encontrarla en líquidos y gases
y está convección la podemos dividir en
dos la convección libre y la convección
forzada a continuación veremos cada una
de ellas iniciemos por la convección
libre ésta se produce cuando el
movimiento del fluido es causado por
diferencias de densidad que a su vez son
productos de diferencias de temperatura
veamos un ejemplo supongamos que
calentamos un recipiente que tiene un
fluido dentro de él
en este caso el fluido va a ser el aire
lo que sucederá aquí inicialmente es que
el calor se transmite por conducción al
aire que se encuentra en la parte
inferior y como sabemos un cambio de
temperatura en un fluido genera un
cambio de densidad en este caso el aire
al calentarse se vuelve menos denso
ya que es menos denso tiende a ascender
y en esta situación para reemplazar el
aire caliente que está ascendiendo el
aire frío de la parte superior se ve
forzado a descender y esto es lo que
conocemos como convección libre
normalmente este tipo de convección se
produce en los fluidos cuando se
suministra calor desde abajo como sucede
por ejemplo en la atmósfera por eso
podemos decir que la convección libre es
uno de los fenómenos que condiciona en
gran parte la circulación atmosférica
tanto a escala global como a escala
local condicionando por lo tanto también
los fenómenos meteorológicos presentes
ahora dicho esto pasemos con el
siguiente tipo de convección la
convección forzada ésta se produce
cuando el movimiento del fluido es
causado por factores externos ajenos al
comportamiento local del fluido un claro
ejemplo de esto es cuando encendemos un
ventilador para forzar el flujo de aire
sobre una superficie caliente en este
caso el aire que se ve forzado a fluir
sobre la superficie caliente adquiere
calor por medio de conducción ahora por
definición esto se denomina convección
ya que estamos hablando de movimiento de
masa que transfiere el calor hacia otra
área sin embargo en meteorología para
evitar confundir la convección vertical
con la convección horizontal se prefiere
llamar a esta última como advección
definiéndose entonces como el movimiento
horizontal de aire por lo tanto
podríamos decir que en meteorología la
advección es el movimiento horizontal de
aire también denominado como viento por
otro lado la convección es el movimiento
ascendente de aire y es que aquí hay
otra particularidad ya que para
diferenciar los movimientos verticales
del aire en ocasiones se le conoce como
subsidencia al movimiento descendente de
aire con lo cual en resumen podemos
decir que aunque todo movimiento del
aire es convección éste normalmente se
le nombra de diferentes formas
dependiendo de sus características
al menos en meteorología dicho esto pasa
con el último mecanismo o proceso de
transferencia de calor la radiación este
es calor que se transmite por medio de
ondas electromagnéticas algunas
características de este tipo de ondas es
que no requieren un medio para
propagarse
es decir que incluso pueden desplazarse
en el vacío y también que viajan a la
velocidad de la luz ya que únicamente
transportan energía y no materia también
hay que decir que aunque no lo parezca
todos los cuerpos emiten radiación
independientemente de su temperatura lo
cual significa que incluso nosotros los
seres humanos emitimos radiación
electromagnética
ahora la energía que transportan estas
ondas se libera cuando un cuerpo las
absorben veamos el siguiente ejemplo
aquí tenemos una fogata y a una persona
de acuerdo con lo que veníamos diciendo
tanto la fogata como la persona emiten
radiación la diferencia es que la fogata
al estar mucho más caliente emite una
mayor cantidad de radiación y lo que
sucede en este caso es que si un cuerpo
absorbe más radiación de la que emiten
su temperatura aumentará en este caso la
persona está recibiendo una mayor
cantidad de radiación que la que está
emitiendo con lo cual su temperatura
aumentará y por eso es que la fogata
calienta a la persona
ahora con esto ya tenemos las bases para
entender un poco mejor la radiación y
cómo funciona y es que entre mayor sea
la temperatura del cuerpo emisor mayor
será la cantidad de radiación que
emitirá ya que se ha demostrado que la
cantidad de radiación emitida es
proporcional a la temperatura elevada a
la cuarta potencia lo que esto significa
es que un pequeño aumento en la
temperatura de un cuerpo supone un
aumento significativo en la cantidad de
radiación que ese cuerpo emite por
ejemplo un yunque que se encuentre a una
temperatura ambiente de 20 grados
emitirá una cierta cantidad de radiación
sin embargo si le aportamos calor y
aumentamos su temperatura por ejemplo a
los 100 grados centígrados la cantidad
de radiación que emita va a ser mayor y
de la misma forma si la temperatura
continúa aumentando por ejemplo a los
300 grados pues el yunque emitirá una
mayor cantidad de radiación
ahora hay que decir que no toda la
radiación es del mismo tipo ya que
existe una característica conocida como
la luz
de onda esta es la distancia entre
crestas de una onda electromagnética y
como podemos deducir está directamente
relacionada a la frecuencia de la onda
de tal forma que si tenemos una longitud
de onda más corta tendremos una mayor
frecuencia mientras que si tenemos una
longitud de onda más larga tendremos una
menor frecuencia ahora todo esto es
importante ya que la longitud de onda
también está relacionada a la
temperatura del objeto que la emite en
otras palabras la longitud de onda de la
radiación que emite un objeto depende de
su temperatura en este caso entre mayor
sea la temperatura del cuerpo más corta
será la longitud de onda de la radiación
que emite siendo está determinada por
esta fórmula de acuerdo con esto
entonces si comparamos el sol que tiene
una temperatura promedio de unos 6000
grados kelvin con la tierra que tiene
una temperatura promedio de 288 grados
kelvin vamos a ver que el sol emite una
radiación con una longitud de onda más
que la que emite la tierra justamente
porque se encuentra más caliente ahora
también hay que decir que la cantidad de
energía transportada depende también de
la longitud de onda ya que entre menor
sea la longitud de onda mayor será la
energía que transporta y viceversa de
acuerdo con esto entonces el sol emite
una radiación más energética que la que
emite la tierra nuevamente debido a que
tiene una longitud de onda más corta con
esto entonces podemos evidenciar que
existen diferentes tipos de radiación
las cuales las podemos analizar más
fácilmente observando el espectro
electromagnético y es que justamente
dependiendo de su longitud de onda éstas
se pueden clasificar en diferentes
grupos veamos entonces cuáles son estos
en este ejemplo podemos observar en la
parte de la izquierda
las ondas más largas mientras que en la
zona de la derecha tenemos las ondas más
cortas lo cual implica entonces que en
la parte izquierda encontramos las ondas
menos energéticas mientra
a la derecha tenemos las ondas que
cuentan con una mayor energía de acuerdo
a esto el primer tipo de onda que
encontramos son las ondas de radio que
son utilizadas en los radios am o fm en
la televisión o en los teléfonos móviles
después de éstas si paulatinamente
empezamos a reducir cada vez más la
longitud de onda encontramos las
microondas el espectro infrarrojo la luz
visible el espectro ultravioleta los
rayos x y los rayos gamma ahora en el
lenguaje común solemos asociar el
término radiación con algo malo algo que
es perjudicial para la salud sin embargo
este término tiene diferentes matices ya
que existen tipos de ondas que si son
peligrosas para la salud y otras que no
lo son para poder entender esto tenemos
que diferenciar la radiación ionizante
de la radiación no ionizante
la radiación no ionizante es aquella que
no tiene suficiente energía como para
causarnos un daño en nuestro cuerpo
mientras que por otro lado la radiación
ionizante es aquella que tiene la
suficiente energía como para romper las
cadenas de adn dentro de nuestras
células representando así un riesgo para
la salud ya que pueden derivar en
mutaciones o en el desarrollo de cáncer
en el espectro electromagnético como
podemos ver en este ejemplo empezamos a
ver la radiación ionizante a partir del
ultravioleta en adelante con lo cual
esos son los únicos tipos de radiación
que pueden hacernos daño ahora habiendo
dicho todo esto comparemos la radiación
emitida por el sol versus la radiación
emitida por la tierra en este gráfico
podemos ver justamente eso aquí podemos
apreciar que la cantidad de radiación
emitida por el sol es mucho mayor que la
de la tierra ya que su temperatura es
mucho más alta sin embargo aparte de
esto también podemos apreciar que la
longitud de onda de la radiación emitida
por el sol es mucho más corta
que la de la tierra nuevamente debido a
su mayor temperatura con esto entonces
podemos decir en términos generales que
aunque el sol emite radiación en
diferentes longitudes de onda la mayor
parte de ésta se emite en forma de
radiación de onda corta y de la misma
forma aunque la tierra emite radiación
en diferentes longitudes de onda
la mayor parte se emite en forma de
radiación de onda larga
ahora hay que aclarar que cuando un
cuerpo recibe radiación
normalmente no la absorbe por completo
ya que realmente un cuerpo puede
comportarse de tres formas distintas
ante la radiación en este caso el cuerpo
receptor puede reflejar la puede
absorber la en forma de calor o puede
ser díaz térmico es decir que la
radiación lo atraviesa sin afectarlo
ahora el tipo de comportamiento que
presente un objeto ante la radiación
dependerá primero que todo del tipo de
radiación es decir de su longitud de
onda y por otro lado también depende de
las características intrínsecas de ese
cuerpo sin embargo eso lo veremos un
poco más en detalle en los siguientes
vídeos cuando hablemos acerca de la
radiación solar y la radiación terrestre
espero que la información de este vídeo
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