viernes, 19 de noviembre de 2010
Transferencia de calor.
14:39 | 
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Equipo-2 "calor"
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 siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia otra región con temperatura más baja.
La transferencia o dispersión del calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles, conducción, convección y radiación, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado:
CONDUCCIÓN.
Es la forma en que se transmite el calor en cuerpos sólidos, al calentar un cuerpo, las moléculas que reciben directamente el calor aumentan su vibración y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, esta teoría explica por que los buenos conductores de calor también son buenos conductores de electricidad.
Ø Si colocamos el extremo de una varilla metálica al fuego podremos notar que al cabo de cierto tiempo el calor llegara al otro extremo.
Ø El calor de las paredes de una casa también se transmite por este proceso.
Ø incluso podemos notar que el mango de un sartén es de diferente material, esto es por que si todo el sartén fuera del mismo material nos quemaríamos al tomarlo ya que el calor se transfiere por conducción.
El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos, por eso es que ahí buenos y malos conductores del calor.
Ø buenos conductores del calor aquellos materiales que permiten el paso del calor a través de ellos como es el caso de la mayoría de los metales entre los que destacan: oro, plata y cobre.
Ø malos conductores o aislantes son los que oponen mucha dificultad al paso del calor como es el caso del plástico y vidrio.
¿Qué es la conductividad térmica?
La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto.
En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(K·m). También se lo expresa en J/(s·°C·m)
Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.
CONVECCIÓN.
tanto, su densidad disminuye y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido. Movimiento por convección
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.
Donde h es el coeficiente de convección (ó coeficiente de película), As es el área del cuerpo en contacto con el fluido, Ts es la temperatura en la superficie del cuerpo y
Veamos un ejemplo: Si tenemos agua en un recipiente y éste se calienta se propiciara mayor movimiento en las moléculas del agua que están más cerca del fuego, de tal manera que el agua se dilatará y se volverá menos densa que la mas fría, por lo que flotara sobre ella. Este proceso continúa hasta que se equilibra la temperatura de toda el agua.La convección en la atmósfera terrestre involucra la transferencia de enormes cantidades del calor absorbido por el agua. Forma nubes de gran desarrollo vertical (por ejemplo, cúmulos congestus y, sobre todo, cumulonimbos, que son los tipos de nubes que alcanzan mayor desarrollo vertical). Estas nubes son las típicas portadoras de tormentas eléctricas y de grandes chaparrones. Al alcanzar una altura muy grande (por ejemplo, unos 12 ó 14 km y enfriarse violentamente, pueden producir tormentas de granizo, ya que las gotas de lluvia se van congelando al ascender violentamente y luego se precipitan al suelo ya en estado sólido.
El proceso que origina la convección en el seno de la atmósfera es sumamente importante y genera una serie de fenómenos fundamentales en la explicación de los vientos y en la formación de nubes, vaguadas, ciclones, anticiclones, precipitaciones, etc. Todos los procesos y mecanismos de convección del calor atmosférico obedecen a las leyes físicas de la Termodinámica. De estos procesos es fundamental el que explica el ciclo del agua en la Naturaleza o ciclo hidrológico.
También se denomina ciclo hidrológico al recorrido del agua en la atmósfera por la capacidad que tiene el agua de absorber calor y cederlo gracias a la capacidad que tiene de transformarse de un estado físico a otro.
RADIACIÓN
La radiación es la propagación de calor por medio de ondas electromagnéticas que se esparcen, incluso en el vacío, a una velocidad de 300 000 km/s.
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas.
Todas las sustancias emiten energía radiante sólo por tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida y menor la longitud de onda de la radiación que emite además todas las sustancias son capaces de absorberla. Por eso, aunque un cubito de hielo emite energía radiante de forma continua, se funde si se ilumina con una lámpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor mayor de la que emite.
Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorción y paredes pulidas para una emisión mínima, con lo que maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela.
El rojo es el color de longitud de onda más larga de la luz visible, comprendida entre 700 nanómetros y un milímetro y, contra lo que nos indica la experiencia cotidiana, el color que corresponde a superficies más frías. El violeta es el color de luz con una longitud de onda más corta y es emitido por las superficies más calientes.
Emitiendo radiación es la forma en que producen luz una pieza de hierro al rojo o el filamento de una lámpara de incandescencia.
La radiación solar está formada por una mezcla de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias. Algunas de ellas (las de longitud de onda comprendida entre 0,4 μm y 0,7 μm) pueden ser detectadas por el ojo humano y constituyen la luz visible. Otras, aunque no son visibles, hacen notar igualmente sus efectos, al ceder a los cuerpos la energía que transportan.
La radiación infrarrojos o radiación térmica es un tipo de radiación electromagnética de una longitud de onda superior a la de la luz visible pero más corta que la de las microondas. Su longitud de onda, se encuentra en el rango entre los 700 nanómetros y un milímetro, es la siguiente en longitud al rojo, el color de longitud de onda más larga de la luz visible, de ahí su nombre de infrarrojo, que significa por debajo del rojo.
La radiación infrarroja se divide en:
infrarrojo próximo cuando la longitud de onda está comprendida entre los 0,8µm y los 2,5 µm infrarrojo medio cuando la longitud de onda está comprendida entre los 2,5µm y 50 µm infrarrojo lejano cuando la longitud de onda está comprendida entre los 50µm y los 1000 µm El vidrio ordinario es transparente a la radiación infrarroja de longitud de onda más corta, más próxima a la luz visible, pero, prácticamente opaco a la radiación infrarroja de longitud de onda más larga.
Los radiación ultravioleta es otro tipo de radiación electromagnética, en este caso de una longitud de onda inferior a la de la luz visible. El nombre de infrarrojo significa más allá del violeta. La radiación ultravioleta más próxima a la luz visible es la responsable del color tostado que adquiere nuestra piel en verano.
A efectos de clasificación, se considera la radiación ultravioleta dividida en tres franjas:
El vidrio ordinario es prácticamente opaco a los tres tipos de radiación ultravioleta, por esta razón, es muy difícil "ponerse moreno" detrás de un vidrio. La lámina, rechaza el 99% de estas radiaciones
martes, 16 de noviembre de 2010
Cambios de fase
Se denomina cambio de fase a la evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los tres estados más estudiados y comunes en la tierra son el sólido, el líquido y el gaseoso; no obstante, el estado de agregación más común en nuestro universo es el plasma, material del que están compuestas las estrellas (si descartamos la materia oscura).
En la trigonometría, existen funciones trigonométricas como el seno, coseno y tangente, las cuales tienen sus funciones inversas que son respectivamente cosecante, secante y cotangente, al igual que las funciones los cambios de fase físicos poseen cada una su reciproca las cuales son:
Ionización <----------------------> Deionización
La fusión es un proceso que consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido al estado líquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere energía a los átomos que vibran con más rapidez a medida que gana energía.
La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura. Es el proceso inverso a la fusión. Ejemplo de esto es cuando metes al congelador agua como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras en solido.
En general, los compuestos disminuyen de volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos; en el caso del agua aumenta.
La Vaporización es el cambio de estado de líquido a gaseoso. Hay dos tipos de vaporización: la ebullición y la evaporación.
La Ebullición es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado líquido al estado de vapor, para que ello ocurra debe aumentar la temperatura en toda la masa del líquido. A la temperatura durante la cual se dice que un determinado líquido hierve se la llama punto de ebullición.
La diferencia entre la evaporación y la ebullición, es que en la evaporación, el cambio de estado ocurre solamente en la superficie del líquido. También se encuentra en que en una se necesita mayor cantidad de calor para que suceda la reacción.
La condensación es el cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa.
Aunque el paso de gas a líquido depende, entre otros factores, de la presión y de la temperatura, generalmente se llama condensación al tránsito que se produce a presiones cercanas a la ambiental. Cuando se usa una sobrepresión elevada para forzar esta transición, el proceso se denomina licuefacción.
La sublimación o volatilización es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido, un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.
Deposición (Sublimación inversa) Es el proceso inverso a la sublimación progresiva, es decir, el paso directo de gas a sólido. Por ejemplo, cuando se producen vapores al calentarse cristales de yodo y luego se pone sobre ellos un objeto que está muy frío; entonces, los vapores se transformarán nuevamente en cristales de yodo. Históricamente la palabra sublimado se refirió a las sustancias formadas por deposición a partir de «vapores» (gases), como el «sublimado corrosivo», cloruro mercúrico, formado por alteración de los calomelanos cristalizados obtenido durante las operaciones alquímicas.
Cualquier sustancia pura puede sublimarse, esto debido a condiciones de presiones superiores y temperaturas inferiores a la que se produce dicha transición. En la naturaleza la sublimación inversa se observa en la formación de la nieve o de la escarcha. Las partículas partiendo de las cuales se produce la acreción o acrecimiento planetario, se forman por sublimación inversa a partir de compuestos en estado gaseoso originados en supernovas.
La ionización es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones, éstos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutro. A la especie química con más electrones que el átomo o molécula neutros se le llama anión, y posee una carga neta negativa, y a la que tiene menos electrones catión, teniendo una carga neta positiva. Hay varias maneras por las que se pueden formar iones de átomos o moléculas.
En los procesos físicos se suelen separar los electrones de una molécula neutra. Para lograrlo hay que aportar la energía necesaria. Esto es posible calentando hasta una elevada temperatura (se suele formar un plasma), mediante irradiación ionizante (por ejemplo luz ultravioleta, rayos-X o irradiación radiactiva tipo alfa, beta o gamma), aplicando campos eléctricos fuertes o bombardeando una muestra con partículas. Se genera de esta forma una partícula con carga positiva (catión) además del electrón liberado. Los procesos de ionización están implicados en la formación de rayos durante las tormentas, en la generación de luz en las pantallas de plasma, en los tubos fluorescentes y son base de la espectroscopia.
Libro: Física II
Autor: Jorge Ignacio Merino Márquez.
Edición: FCE, DGETI
Año: 2007
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