Transferencia de calor, en física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción.
conducción
La conducción es el proceso por el que se transfiere energía térmica mediante colisiones de, moléculas adyacentes a lo largo de un medio material.
Características generales relacionadas con la conducción de calor:
1. La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es directamente proporcional a la diferencia de temperatura (∆t = t´ - t) entre las dos caras.
2. 2. La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es directamente proporcional al área A de la placa.
3. 3. La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es inversamente proporcional al espesor L de la placa.
Todo esto se puede representar en forma de ecuación introduciendo la constante de proporcionalidad k:
H = Q/t = kAΔt/L
conductividad térmica
La conductividad térmica de una sustancia es una medida de su capacidad para conducir calor y se define por medio de la relación:
k= QL/τAΔt
La constante de proporcionalidad K es una propiedad de cada material que se conoce como conductividad térmica. A partir de la ecuación anterior, se puede observar que las sustancias con alta conductividad térmica son buenas conductoras de calo, mientras que las sustancias con baja conductividad son conductores pobres o aislantes.
Sustancia | k (W/mK) |
| Aluminio | 205.0 |
| Latón | 109.0 |
| Cobre | 385.0 |
| Plomo | 34.7 |
| Mercurio | 8.3 |
| Plata | 406.0 |
| Acero | 50.2 |
| Ladrillo aislante | 0.15 |
| Ladrillo rojo | 0.6 |
| Hormigón | 0.8 |
| Corcho | 0.04 |
| Fieltro | 0.04 |
| Fibra de vidrio | 0.04 |
| Vidrio | 0.8 |
| Hielo | 1.6 |
| Lana mineral | 0.04 |
| Espuma de poliestireno | 0.01 |
| Madera | 0.12 - 0.04 |
| Aire | 0.024 |
| Argón | 0.016 |
| Helio | 0.14 |
| Hidrógeno | 0.14 |
| Oxígeno | 0.023 |
Una barra de oro está en contacto térmico con una barra de plata,
una a continuación de la otra, ambas de la misma longitud y área transversal
(figura 14.5). Un extremo de la barra compuesta se mantiene a T1 = 80º C y
el extremo opuesto a T2 = 30º C. Calcular la temperatura de la unión cuando el
flujo de calor alcanza el estado estacionario.
Solución: si T es la temperatura en la interfase, entonces la rapidez de transferencia
de calor en cada placa es:
Horo = k1A(T─T1)/L1 y Hplata = k2A(T2─T)/L2
Cuando se alcanza el estado estacionario, estos dos valores son iguales:
Horo=Hplata ⇒ k1A(T─T1)/L1= k2A(T2─T)/L2
La convección es el proceso por el que se transfiere calor por medio del movimiento real de la masa de un fluido.
La convección se ha definido como el proceso por el que el calor es transferido por medio del movimiento real de la masa de un medio material. una corriente de liquido o de gas que absorbe energía de un lugar y lo lleva a otro, donde lo libera a una porción mas fría del fluido recibe el nombre de corriente de convección.
Si el movimiento de un fluido es causado por una diferencia de densidad originada por un cambio de temperatura, la corriente producida se conoce como convección natural.
Cuando un fluido es obligado a moverse por la acción de una bomba o una aspas, la corriente producida se conoce como convección forzada.
Calcular el calor transferido por convección es una tarea sumamente difícil. Muchas de las propiedades físicas de un fluido dependen de la temperatura y de la presión, por eso en la mayor parte de los casos solo se puede hacer un calculo aproximado del proceso.
A veces un absorbedor ideal o un radiador ideal se conoce como cuerpo negro por las razones mencionadas. La radiación emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de un cuerpo negro. Aunque tales cuerpos no existen en realidad, el concepto es útil como un patrón para comparar la emisividad de diversas superficies.
La emisividad es una medida de la capacidad de un cuerpo para absorber o emitir radiación térmica.
La emisividad es una cantidad adimensional que tiene un valor nuemerico de 0 y 1, según la naturaleza de la superficie.
Hemos dicho que todos los objetos emiten radiación sn cesar, independientemente de su teperatura. Si esto es cierto, ¿Cómo es que no s le agota su combustible? La respuesta es que se les agotaria si no se les proporcioanria mas . el filamento de un foco de luz eléctrica se enfriaría rápidamente a la temperatura ambiente cuando se interrumpe el suministro de energía eléctrica. No se sigue enfriando, puesto que al llegar a este punto, el filamento esta absorbiendo energía radiante a la misma razon que la esta emitiendo. La ley que sirve de fundamento a este fenómeno se conoce como ley de prevost del intercambio de calor:
Un cuerpo que se halla a la misma temperatura que sus alrededores irradia y absorbe calor con la misma razón.
Razón de radiación neta = razón de emisión de energía – razón de absorción de energía
R= ℓδ(T^4 – T*^4)
ejemplo:
A= 4 Πr²=4Π(0.05)²
= 0.0314m²
T= 527+ 273= 800 K
formula:
P=ℓδAT4
La capacitancia entre dos conductores que tienen cargas iguales y opuestas es la razón de la magnitud de la carga sobre cualquier conductor a la diferencia de potencial resúltate entre los dos conductores.
Es el almacenamiento de carga y energía en los circuitos. La propiedad que caracteriza este almacenamiento es la Capacidad Eléctrica.
Un condensador está formado por dos conductores, muy cercanos entre si, que transportan cargas iguales y opuestas.
La capacitancia entre dos conductores que tienen cargas iguales y opuestas es la razón de la magnitud de la carga sobre cualquier conductor a la diferencia de potencial resúltate entre los dos conductores.
como se carga un condensador
para poder cargar un condensador conectamos las dos placas a las terminales de una batería o otra fuente
De esta forma, los portadores de carga se mueven de una placa a otra hasta que se alcanza el equilibrio electrostático. Así, la diferencia de potencial entre las placas es la misma que entre los terminales de la batería.
La relación ente la carga y el potencial es una característica propia de cada condensador, por lo que se define la Capacidad del condensador como c=Q/v, donde v se refiere a la diferencia de potencial y q se refiere a las cargas en cualquiera de los conductores.
La unidad de capacitancias el coulomb por volt, que se define como farad(F). por consiguiente, si un conductor tiene una capacitancia de 1 farad, la transferencia de coulomb de carga al conductor elevara su potencial 1 volt.
calculo de capacitancia
La intensidad del campo eléctrico entre las placas del condensador puede medirse con base a: E=V/d
Donde: V = diferencia de potencial de placas(V) d = separación entre las placas (d)
La ecuación alternativa para calcular la intensidad del campo eléctrico se hiso a partir de la ley de Gauss, en ella relacionamos E, con la densidad de cargas ,de la manera siguiente: E= Q/e0=Q/Ae0
Donde: Q = carga en cualquier placa
A = área de cualquier placa
e = permisividad de vacio (8.85 10-12C2/N m2
tipos de condensadores
Los capacitores comerciales se clasifican de acuerdo con el material con el que está fabricado el dieléctrico. Los capacitores más comunes son los de aire, mica, papel, cerámica y electrolíticos. Estos últimos utilizan una película de óxido muy delgada de tamaño molecular como dieléctrico, el cual permite obtener valores muy grandes de capacitancia en un espacio muy pequeño.
-Capacitor fijo de papel.
Esta variedad de capacitor está constituida por varias capas de papel de estaño, separadas por papel encerado, como componente dieléctrica. Los alambres que salen de los extremos se conectan a las placas de papel de estaño.
Capacitores electroliticos
En este tipo de capacitores (Véase figura) se emplea un método diferente de construcción de las placas las cuales pueden ser de aluminio y un electrolito húmedo o seco, de bórax o carbonato. Debe observarse la polaridad de estos elementos, puesto que una conexión inversa los destruirá
-Capacitores cerámicos de disco
Son capacitores muy pequeños frecuentemente utilizados en aparatos. Se componen de un material aislante especial de cerámica), sobre el que se fijan las placas de plata del capacitor. La componente completa se trata de un aislamiento especial, para que resista al calor y la humedad.
-Capacitores variables
Consisten en placas metálicas que se entrelazan al girar el eje. A las placas estacionarias se les llama estator (ya que son fijas) y a las móviles rotor. Este elemento tiene su máximo de capacidad cuando las placas están totalmente entrelazadas.
agrupación de condensadores
Es común que los circuitos electrónicos estén agrupados por dos o más condensadores en grupo.Estas agrupaciones pueden ser en serie o en paralelo
condensadores en serie
Cuando un grupo de condensadores esta conectados a lo largo de una sola trayectoria, donde
En un circuito en serie la diferencia de potencial entre los extremos de un cierto número de dispositivos conectados en serie es la suma de las diferencias de potencial entre los extremos de cada dispositivo individual.
En este caso el voltaje del circuito es igual a la suma de caídas de potencial a través de cada condensador V=V1+V2+V3 y la carga permanece constante.
En una conexión en serie las cargas son identicas Q=Q1=Q2=Q3 asi que podemos dividir entre las cargas como en la siguiente formula
condensador en paralelo
Cuando varios condensadores se conectan directamente a la misma fuente de potencia se dice que esta conectados en paralelo.
La diferencia de potencial entre los extremos de un cierto número de dispositivos conectados en paralelo es la misma para todos ellos.
La carga Q es igual a la suma cargas individuales Q= Q1+Q2+Q3 y es la diferencia de potencial la que permanece constante.
La capacitancia equivalente del circuito completo es Q=CV, de modo que la ecuacion se transforma en CV=C1V1+ C2V2+ C3V3
para una conexión en paralelo el voltaje será: V=V1=V2 =V3
Ya que todos los condensadores están conectados a la misma diferencia de potencial. Por tanto, dividiendo entre los voltajes se obtiene
energía de un condensador
Cuando se carga un condensador con una batería, ésta realiza un trabajo al transportar los portadores de carga de una placa a otra. Esto supone un aumento de energía potencial en los portadores que coincide con la energía eléctrica almacenada en el condensador.
A medida que estas cargas se acumulan más y mas en el condenador, se vuelve mas difícil transferir energía adicional.
La diferencia de potencial promedio a través de la cual se mueve la carga se expresa de este modo:
Puesto que la carga total transferida es Q, el trabajo total transferido es Q, el trabajo total realizado en contra de las fuerzas eléctricas es igual al producto de Q por la diferencia de potencial promedio V
Problema
desfibrilizador
http://www.youtube.com/watch?v=axsHI_t_E6E&feature=related
