Existen tres formas de transferencia de calor, estas son conducción, convección y radiación. En la actualidad podemos presenciar estos tipos de transferencia de calor en nuestra vida cotidiana. Para poder entender cada una de estas formas las explicaremos a detalle:
Este se produce cuando dos objetos los cuales tienen diferentes temperaturas entran en contacto. El calor va a fluir a través del objeto que tiene mayor temperatura hacia el de menor temperatura con el fin de buscar un equilibrio térmico, esto quiere decir, que ambos objetos estén a la misma temperatura.
Un ejemplo claro de ello es lo que pasa cuando dejamos una cuchara de metal dentro de una olla cuando está en la estufa, al tomar la cuchara seguramente nos quemaremos, dado que la olla transfirió el calor al cubierto por medio de la conducción.
Está forma de transmisión de calor solo tiene lugar en los líquidos y los gases. Y se produce cuando las partes más calientes de un fluido ascienden hacia las zonas más frías, generando así una circulación continua de fluido, esto se conoce como corriente convectiva, y transmitiendo de esta manera el calor hacia las zonas más frías.
Cuando los líquidos y los gases aumentan su temperatura su densidad disminuye, esto causa la ascensión. Por consiguiente, el hueco dejado por el fluido caliente es ocupado por el fluido más frío, que es el de mayor densidad.
Un ejemplo de ello es un radiador o calentador, sin embargo, debemos de saber que dependiendo del tipo de calentador es el tipo de convección que realiza. Por ejemplo, un calentador simple dado que calienta el aire que está en contacto con el realiza la convección de manera natural. Pero si el calentador tiene incorporado un ventilador está sería convección forzada, dado que el ventilador fuerza el flujo del aire.
Está forma de transferencia de calor es completamente diferente a las anteriores dado que no necesita el contacto de la fuente de calor con el objeto a calentar. Además de que no precisa de materia para calentar. El calor es emitido por un cuerpo debido a su temperatura.
Un ejemplo que podemos ver sería una chimenea, dado que ésta al consumir la madera con el fuego, está genera calor que irradia en la habitación calentándola.
Primero convertiremos los grados centígrados a grados Kelvin usando la siguiente fórmula:
A continuación, convertiremos los grados centígrados en grados Fahrenheit con la siguiente fórmula:
Considerando los datos proporcionados quedaría de la siguiente manera.
| Datos | Fórmulas: |
| Desarrollo:
| |
Según la ley de Stefan-Boltzmann la potencia de energía emitida por el sol considerando que la temperatura es de 5778°K es de 3.8467·1026
Se define como cuerpo negro a aquel que absorbe en su totalidad las radiaciones que recibe sobre él. Además, si es capaz de emitir en todas ellas, así que es un perfecto emisor de radiaciones. Verdaderamente en la naturaleza no existen cuerpos negros, incluso el negro de humo refleja el 1% de la energía incidente, por cuento este es un modelo utilizado por la comunidad científica para realizar estudios sobre la radiación.
¿Cuál es la definición de trabajo? Muestre su definición operacional usando el editor de ecuaciones.
Una posible definición de trabajo en la termodinámica sería la siguiente:
“El trabajo es una transferencia de energía a través de la frontera de un sistema asociada a un cambio en las variables macroscópicas”.
Esto se puede explicar también como la energía transmitida por medio de una conexión mecánica entre el sistema y los alrededores. El trabajo se puede definir a partir del producto de una variable intensiva y otra extensiva.
| Trabajo | Variable intensiva | Variable extensiva |
| De extensión | | |
| De compresión – expansión (mecánico) | | |
| Superficial | | |
| Magnético | | |
| Eléctrico | | |
Para encontrar el trabajo en termodinámica existen varias fórmulas las cuales enumeraremos, estas se aplican según el tipo de trabajo sé que realiza:
| Trabajo | ||
| Con fricción | | |
| De levamiento | | |
| De aceleración | | |
| Con resorte | | |
| Para compresión y expansión en sistemas cerrados | | Compresión: |
| Expansión: | ||
En este experimento Joule se determina el equivalente mecánico del calor, esto quiere decir, que hay una relación entre la unidad de energía (Joule) y la unidad de calor (caloría).
El experimento de Joule pone de manifiesto cómo es que la energía mecánica puede producir energía calorífica y lo hace siempre en la misma proporción. Joule realizo este experimento calentando una masa de agua Ma desde una temperatura inicial To hasta una temperatura final Tf mediante unas paletas las cuales giran dentro del baño, las paletas se mueven debido a la energía mecánica que les transfiere una masa Mp que cae desde una altura h, mediante un hilo que acciona del movimiento de giro. Con esto Joule demostró mediante está experimentación que entre el calor (caloría) y la energía potencial existe una relación constante; la cual es el equivalente mecánico del calor.
Este se expresa con la siguiente ecuación:
La conclusión a la que llego Joule fue la siguiente, que el calor es una forma de energía, también afirmo que el movimiento, el cual es medido en Joules, y el calor, medido en calorías, son intercambiables, a esto se le dio el nombre de equivalente mecánico del calor. Este experimento llevo a la teoría de la conservación de la materia y este posteriormente dio origen al primer principio de la termodinámica.
Antiguamente la caloría era definida como una unidad de calor, por ello Joule realizo su experimento para poder determinar el equivalente mecánico del calor. Con el Joule fue capaz de deducir el número de calorías de calor Q que producirían la misma elevación de temperatura al ser transferidos desde alguna fuente externa a una cantidad igual de agua a la misma temperatura inicial, a partir de esta equivalencia es posible determinar la relación entre la caloría y el Joule. Demostrando que el calor, al igual que el trabajo podía verse apropiadamente como un medio para transferir energía.
Considero que el equivalente mecánico de calor serviría en la tecnología ambiental para analizar o utilizar métodos de calor intercambiables, para la realización de un trabajo, a fin de sustituir los aparatos que en el presenten contaminan por otros que no sean contaminantes a fin de desarrollar una energía pura y su conservación.
En primer lugar, en México no existen suficientes lugares donde este tipo de vehículos puedan ser recargados, por consiguiente, ese sería el principal problema, además de los altos costos de la energía eléctrica, que en comparación con la gasolina no serían viables a nivel económico. Otra de las problemáticas que se presentan con el uso de este tipo de motores, es que hasta el momento la generación de energía eléctrica no es completamente ecológica, las plantas generan una gran cantidad de contaminantes al generar este recurso.
Referencias
Boles, C. &. (s.f.). Departamento de Física Aplicada III. Recuperado el 15 de octubre de 2019, de Universidad de Sevilla: http://laplace.us.es/wiki/index.php/Trabajo_en_termodin%C3%A1mica_(GIE)#Definici.C3.B3n
Carmona, A. (2006). Academia.edu. Recuperado el 15 de octubre de 2019, de https://www.academia.edu/25968650/FORMULARIO_DE_TERMODINAMICA_V_V_V
Departamento de la Facultad de Química y Física. (s.f.). Recuperado el 15 de octubre de 2019, de Universidad Autónoma de México: http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Clase_19_32564.pdf
EcuRed. (s.f.). Recuperado el 15 de octubre de 2019, de https://www.ecured.cu/Cuerpo_negro#Descripci.C3.B3n
Franco García, Á. (s.f.). Física con ordenador. Recuperado el 15 de octubre de 2019, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm
Statistical Physic Group. (s.f.). Recuperado el 15 de octubre de 2019, de Universidad de Granada: http://ergodic.ugr.es/termo/lecciones/leccion11.pdf
Universidad de Murcia. (s.f.). Recuperado el 15 de octubre de 2019, de https://webs.um.es/gregomc/LabESO/ExperimentoJoule/ExperimentoJoule_Fundamento.html
