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Transferencia de calor: conducción, convección y radiación

Autores:

Lic. Santa C. Guzmán Fleites
MSc. Hortensia Alfonso Rodríguez

Ideas esenciales

La Transferencia de calor es el proceso por el cual se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que tienen diferente temperatura.

nino_pensativo¿CÓMO SE TRANFIERE EL CALOR?


El calor se transfiere mediante conducción, convección y radiación. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar de manera simultánea, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.

Conducción de calor

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Se denomina conducción del calor a su transferencia desde un extremo a otro del mismo cuerpo o de un cuerpo o sustancia hacia otro. En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción.
Por ejemplo:
Si se tiene una varilla de metal, se puede someter al calor por uno de sus extremos. Al sujetarla por el otro extremo, la varilla se pone caliente.
Aunque se esté sosteniendo por el lugar opuesto al que está en contacto con una fuente de calor, ya sea un fogón, un mechero u otra, se siente el calor. ¿Qué se demuestra entonces?
Que el calor se propagó por toda la varilla y llegó al extremo opuesto, el extremo que no estaba recibiendo el calor directamente.
Otro ejemplo es el siguiente: Tenemos un vaso de leche que está muy caliente. En su interior se introduce una cuchara.
Al pasar un rato, si se toca la cuchara que se encuentra en su interior, se nota que se va calentando cada vez más.
Esta transferencia de calor se ha producido desde una sustancia, que es la leche, hasta un cuerpo, que es la cuchara. Quiere decir que hay transferencia de calor entre dos elementos distintos que se encuentren en contacto.

Convección de calor

La convección es la forma de transferencia de calor que se caracteriza porque se produce en el aire y en el agua, que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas pues ambos se calientan de abajo hacia arriba. Toda la masa de agua sube al igual que toda la masa de aire, al calentarse.
¿Cómo es que pueden calentarse el aire y el agua?

calor4Si se le suministra calor a un recipiente con agua dentro de la cual se hayan colocado unos papeles de colores, (o algunos otros cuerpos que se vean bien), al cabo de un rato se puede comprobar cómo se calienta el agua, pues el movimiento de los papeles nos lo indicará. El agua se calienta desde abajo y asciende dentro del recipiente. Forma entonces una columna de agua más caliente que al llegar arriba cede parte de ese calor y vuelve a descender. Esto lo indican los cuerpecitos que se han movido junto con el agua, que asciende y desciende, formando dos corrientes, una hacia arriba y otra hacia abajo.
Quiere decir que el agua que se encuentra cerca de la llama se calienta rápidamente, se hace más ligera y asciende, mientras que el agua que está ya en la superficie, que se va haciendo más fría y pesada, desciende y al calentarse en el fondo, vuelve de nuevo a subir, formándose dos corrientes, una que sube y otra que baja, que hacen que el calor se propague a todo el líquido. Esta experiencia demuestra que el agua se calienta por convección.

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¡Qué interesante! El agua se calienta por convección, vamos a conocer cómo se calienta el aire.




Si se coloca una espiral de cartulina, en un soporte universal y se sopla desde abajo hacia arriba se puede apreciar cómo esta comienza a girar alrededor del punto donde se apoya.  También si se coloca una vela encendida o cualquier otra fuente de calor debajo del espiral, esta gira porque el aire que se calienta, asciende y esto se demuestra porque se pone en movimiento la espiral, igual que cuando se soplaba desde abajo hacia arriba. Por tanto, se producen corrientes de aire caliente que suben y de aire frío que baja. Con este ejemplo se pone de manifiesto como se calienta el aire, por convección.



Radiación de calor

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Radiación es la forma de transferencia del calor que se origina en un centro y se extiende en todas direcciones.

Cuando ustedes van a la playa, habrán notado que el agua de la superficie está más caliente que el agua que está debajo. Entonces, ¡esta agua no se ha calentado por convección! Si se hubiera calentado por convección, el agua de la superficie estaría más fresca que la de abajo y se formarían esas corrientes de ascenso y descenso que se habían visto en la experiencia anterior.

Esta es la forma en que recibimos en la Tierra el calor del Sol; su nombre es radiación, que quiere decir que el calor se propaga desde un centro, hacia todos lados, o sea, radialmente.

Por eso era que las aguas del mar se encontraban calientes en su superficie y no así debajo. Era porque recibían el calor por radiación.

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.

Pero el Sol no es la única fuente de calor que puede calentar por radiación. Existen otros ejemplos de propagación del calor por radiación, por ejemplo:

1. Los panaderos, cuando van a sacar el pan del horno, están recibiendo el calor procedente de este, por radiación.
2. Los obreros metalúrgicos reciben mucho calor procedente de los altos hornos en que se funden los metales y ese calor les llega por radiación.
3. En sus hogares, cuando mamá está cocinando, recibe por radiación el calor procedente de la cocina, puesto que no está situada encima de la fuente de calor, ni en contacto directo con ella, sino delante de las hornillas.


Actividades de continuidad

Imagen2Haz un dibujo dónde se pongan de manifiesto las tres formas de transferencia del calor estudiadas. Puedes consultar el tema relacionado con las formas de transferencia del calor.



Bibliografía Consultada

Colectivo de Autores. Libro de texto 5to grado.
Colectivo de Autores. Orientaciones metodológicas 5to grado.
Colectivo de Autores. Programas de 5to grado.
Colectivo de Autores, 2004. La enseñanza de las Ciencias Naturales en la escuela primaria.



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