Presentación sobre temperatura, Calor y equilibrio térmico

Presentación sobre temperatura, calor y equilibrio térmico.

1. Sede Guanacaste
Bachillerato en Ingeniería en Salud
Ocupacional y Ambiente
Temperatura, Calor y Equilibrio Térmico.
Ing. John Steven Peña García

2. INTRODUCCIÓN
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•Los conceptos temperatura, calor son muy comunes,
pero ¿Cuál es la diferencia entre ellos? O ¿Cómo se
relacionan?
•LA TEMPERATURA.
•Idea cualitativa de “caliente” y “frío” basadas en
nuestro sentido del tacto.
•Medida del grado del movimiento de las partículas de
un cuerpo.

3. CALOR -TEMPERATURA
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•Temperaturaesunamedidadelaenergíacinéticadelosátomosomoléculas
queconstituyenunobjetomaterialcualquiera.
•Sumedidaserealizaatravésdeloscambiosqueexperimentanmagnitudes
físicas,cuandoloscuerpossonsometidosaintercambiosdeenergíatérmica.
•Ejemplosdeestasmagnitudesson:elvolumen,lapresión,laresistencia
eléctrica,ymuchasotrasquehandadolugaradiferentesformasdemedirla
temperatura.

4. TEMPERATURA
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•Cuandoelsistemasecalienta,ellíquido
colorido(usualmentemercuriooetanol)se
expandeysubeporeltubo,yelvalorde�
aumenta.
•Otrosistemaesunacantidaddegasenun
recipientedevolumenconstante.Lapresión
�medidaporelmanómetroaumentao
disminuye,alcalentarseoenfriarseelgas.
•Untercerejemploeslaresistenciaeléctrica
�deunalambreconductor,quetambién
varíaalcalentarseoenfriarseelalambre.
•Todasestaspropiedadesnosdanunnúmero
(�,�,�)quevaríaconlacalidezylafrialdad,
asíquepuedenusarseparahacerun
termómetro.

5. EQUILIBRIO TÉRMICO
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•Cuandodossustanciasqueseencuentranadiferente
temperaturaseponenencontacto,elcalorpasa
desdelasustanciamáscalientehacialamásfría,
hastaqueambasalcanzanlamismatemperatura,es
decir,estánenequilibriotérmico.
•Depende3factores:
•1.Tipodesustancia.
•2.Cantidadquesecoloquedecadaunadeellas.
•3.Temperaturaqueteníacadasustanciaalenponerse
encontacto.

6. Ley cero de la termodinámica
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•Siinicialmente??????estáenequilibriotérmicocon??????yconB,entoncesAyB
tambiénestánenequilibriotérmicoentresí.Esteresultadosellamaley
cerodelatermodinámica.

7. TERMÓMETROS Y ESCALAS DE TEMPERATURA
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•¿Qué mide un termómetro?
•Un termómetro mide la temperatura, alcanzando el
equilibrio térmico con el cuerpo al que se le quiere
medir la temperatura.

8. TERMÓMETROS Y ESCALAS DE TEMPERATURA
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•Paraqueeldispositivodelíquido
enuntubodelafiguraseaun
termómetro,senecesitamarcar
unaescalanumeradaenlapared
deltubo.
•Supongaquemarcamoscon“0”
elniveldellíquidodeltermómetro
alatemperaturadecongelación
delaguapura,ycon“100”elnivel
alatemperaturadeebullición,y
luegodividimosladistanciaentre
ambospuntosencienintervalos
igualesllamadosgrados.

9. TERMÓMETROS Y ESCALAS DE TEMPERATURA
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•Elresultadoeslaescalade
temperaturaCelsius(antes
llamadacentígrada).
•Latemperaturaenlaescala
Celsiusparaunestadomásfrío
queelaguaalmomentode
congelarseesunnúmero
negativo.
•LaescalaCelsiusseusa,tantoen
lavidacotidianacomoenla
cienciaylaindustria,encasitodo
elmundo.

10. TEMPERATURA FAHRENHEIT
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UsadaenlavidacotidianaenEstadosUnidos.
ElaguaenlaescaladetemperaturaFahrenheit
•Temperaturadecongelación:32°F.
•Temperaturadeebullición:212°F
Ambasapresiónatmosféricaestándar.
Hay180gradosentrelacongelaciónylaebullición,en
vezde100comoenlaescalaCelsius,asíque:
•1°Fesuncambiodetemperaturasólo0,55°C.

11. CONVERSIONES DE TEMPERATURA
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12. TERMÓMETROS DE GAS Y ESCALA KELVIN
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•Sisecalibrandostermómetros,conlíquidoentuboo
deresistencia,demodoquecoincidanen0°Cy100°C,
podríannocoincidirexactamenteatemperaturas
intermedias.
•Cualquierescaladetemperaturadefinidadeestemodo
siempredependedelaspropiedadesespecíficasdel
materialutilizado.
•Sedebedefinirunaescaladetemperaturaqueno
dependadelaspropiedadesdeunmaterial,seruna
escalaenindependiente.
•Existeuntermómetroqueseacercaalideal,el
termómetrodegas.

13. TERMÓMETROS DE GAS Y ESCALA KELVIN
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•Lafiguramuestralosresultadosdetresexperimentosde
estetipo,utilizandoencadacasodistintasclaseycantidad
degas.

14. TERMÓMETROS DE GAS Y ESCALA KELVIN
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•Eltermómetrodegasmuestraquelapresióndeun
gasavolumenconstanteaumentaconla
temperatura.
•Unacantidaddegassecolocaenunrecipientede
volumenconstanteysemidesupresión.Para
calibrareltermómetro,semidelapresiónados
temperaturas,digamos0°Cy100°C,segraficamos
esospuntosytrazamosunarectaentreellos.Así,
sepuedeleerdelagráficalatemperatura
correspondienteacualquierotrapresión.

15. TERMÓMETROS DE GAS Y ESCALA KELVIN
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•Usamosestatemperaturaextrapoladaapresión
cerocomobaseparaunaescaladetemperatura,
consuceroenestatemperatura:laescalade
temperaturaKelvin.
•Lasunidadestienenelmismotamañoquelasdela
escalaCelsius,peroelcerosedesplazademodo
que0K=-273.15°Cy273.15K=0°C;entonces,

16. TERMÓMETROS DE GAS Y ESCALA KELVIN
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17. RESUMEN
TEMPERATURA Y ESCALAS
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•Ejemplo:
•Un termómetro se calibra en grados Celsius (°C) y otro en grados
Fahrenheit (°F). ¿A qué temperatura es la lectura en el termómetro
calibrado en grados Celsius igual a tres veces la lectura del otro
termómetro?

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•Ejemplo:
•Un termómetro se calibra en grados Celsius (°C) y otro en grados Fahrenheit
(°F). ¿A qué temperatura es la lectura en el termómetro calibrado en grados
Celsius igual a tres veces la lectura del otro termómetro?
Resolución:
Tenemos2termómetros,unoengradosCelsiusyotroengradosFahrenheit.
¿TemperaturaenGRADOSCELSIUScuandolaTEMPERATURAENGRADOSCELSIUSSEA3VECES
LATEMPERATURAENGRADOSFAHRENHEIT?
Porconsiguientesesabeque:
•�
??????=3�
??????→�
??????=
??????
??????
3
•Ecuacionesquepuedenserutilizadas(sonlamismaecuación,únicamenteconeldespejerealizadopara
TemperaturaengradosCelsiusoFahrenheit,segúnserequiera).
•�
??????=
9
5
�
??????+32 �
??????=
5
9
(�
??????−32)

20. ESCALA KELVIN Y TEMPERATURA ABSOLUTA
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•Lasrelacionesentrelastresescalasdetemperaturaquehemosvistose
muestrangráficamenteenlafigura.LaescalaKelvinsedenominaescala
detemperaturaabsolutaysucero[T=0=-273.15°C,latemperaturaen
quep=0enlaecuación]sellamaceroabsoluto.

21. EXPANSIÓN TÉRMICA
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•Casitodoslosmaterialesse
expandenalaumentarsu
temperatura.
•Lascubiertasdepuentesnecesitan
articulacionesy soportes
especialesquedenmargenala
expansión.
•Unabotellatotalmentellenade
aguaytapadaserevientaal
calentarse;
•Tambiénsepuedeaflojarlatapa
metálicadeunfrascovertiendo
aguacalientesobreella.
•Loanteriorsonejemplosde
expansióntérmica.

22. EXPANSIÓN LINEAL
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Unavarillatienelongitud�
0auna
temperaturainicial�
0.
Silatemperaturacambiaen∆�,la
longitudcambiaen∆�.Seobserva
experimentalmentequesi∆�noesmuy
grande(menorde100°C),∆�es
directamenteproporcionala∆??????.
Sidosvarillasdelmismomaterialtienenel
mismocambiodetemperatura,perouna
esdosvecesmáslargaquelaotra,su
cambiodelongitudtambiénserádel
doble.Porlotanto,∆�tambiéndebeser
proporcionala�
0.
Siintroducimosunaconstantede
proporcionalidad??????=??????��??????(diferente
paracadamaterial),expresaremosestas
relacionesenunaecuación:

23. EXPANSIÓN LINEAL
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Laconstante??????,quedescribelaspropiedadesdeexpansióntérmicadeun
materialdado,sedenominacoeficientedeexpansiónlineal.Lasunidadesdea
son�
−1
,obien,�°
−1
.
IMPORTANTE
UnintervalodetemperaturaesigualenlasescalasKelvinyCelsius.

24. EXPANSIÓN SUPERFICIAL
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Eslaexpansiónenlaquepredominalavariaciónendos
dimensiones??????=??????����,oseaeneláreasuperficial
delobjetodebidoaunavariaciónenlatemperatura.
∆�=??????�
0∆�
S−�
0=??????�
0�−�
0
??????=2??????
∆�=2??????�
0∆�

25. EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA
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Unaumentodetemperaturasueleaumentarelvolumen
dematerialestantolíquidoscomosólidos.Aligualqueen
laexpansiónlineal,sehavistoexperimentalmenteque,si
elcambiodetemperatura∆�noesmuygrande(menora
100°C),elaumentodevolumen∆�esaproximadamente
proporcionalalcambiodetemperatura∆�yalvolumen
inicial�
0:
∆�=3??????�
0∆�

26. COEFICIENTES DE EXPANSIÓN
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27. EltramoprincipaldelpuenteMackinactieneunalongitudde
1,158m.Elpuenteestáconstruidodeacero.Supongaquela
menortemperaturaposibleexperimentadaporelpuenteesde
−50°Cylamayortemperaturaposibleesde50°C.
¿Cuántoespaciodebeestardisponibleparalaexpansióntérmica
deltramocentraldelpuenteMackinac?

28. EltramoprincipaldelpuenteMackinactieneunalongitudde
1,158m.Elpuenteestáconstruidodeacero.Supongaquela
menortemperaturaposibleexperimentadaporelpuenteesde
−50°Cylamayortemperaturaposibleesde50°C.
¿Cuántoespaciodebeestardisponibleparalaexpansióntérmica
deltramocentraldelpuenteMackinac?
Solución.
Elcoeficientedeexpansiónlinealdelaceroes??????=13×
10
−6
°�
−1
.Deestamanera,laexpansiónlinealtotaldeltramo
centraldelpuentequedebepermitirseparadarholguraestá
dadapor
??????=13×10
−6
°�
−1
��????????????��??????����
�=1,158�
�
�=50°��
0=−50°�
∆�=??????∙�∙∆�
∆�=13×10
−6
°�
−1
1,158�50°�−−50°�
∆�=1.5�

29. CANTIDAD DE CALOR
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•Simetemosunacucharafríaenunatazaconcafé
caliente,lacucharasecalientayelcaféseenfría
paraestablecerelequilibriotérmico.Lainteracción
quecausaestoscambiosdetemperaturaes
básicamenteunatransferenciadeenergíadeuna
sustanciaaotra.
•Latransferenciadeenergíaqueseda
exclusivamenteporunadiferenciadetemperatura
sedenominaflujodecalorotransferenciade
calor,entantoquelaenergíaasítransferidase
llamacalor.

30. CANTIDAD DE CALOR
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31. CANTIDAD DE CALOR
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•Lacaloría(abreviadacal)sedefinecomola
cantidaddecalornecesariaparaelevarla
temperaturade1gdeaguade14.5°Ca15.5°C.
•Tambiénseusalakilocaloría(kcal),iguala1000cal;
lascaloríasdevaloralimentariosonenrealidad
kilocalorías.
•Unaunidadcorrespondientedecalorqueusa
gradosFahrenheityunidadesinglesaseslaunidad
térmicabritánicaoBTU.UnaBTUeslacantidadde
calornecesariaparaelevarlatemperaturadeuna
libra(peso)deagua1°F,de63°Fa64°F.

32. CANTIDAD DE CALOR
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•Puestoqueelcaloresunatransferenciadeenergía,debe
haberunarelacióndefinidaentreestasunidadesylasde
energíamecánicaqueconocemos,comoeljoule.
•ExperimentossimilaresenconceptoaldeJoulehan
demostradoque:
•LacaloríanoesunaunidadfundamentaldelSI.ElComité
InternacionaldePesosyMedidasrecomiendausareljoule
comounidadbásicadeenergíaentodassusformas,
incluidoelcalor.

33. CALOR ESPECÍFICO
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•Elsímbolo??????paracantidaddecalor.Seobservaquelacantidaddecalor
Qnecesariaparaelevarlatemperaturadeunamasamdecierto
materialde�
1a�
2esaproximadamenteproporcionalalcambiode
temperatura∆�=�
2−�
1yalamasamdelmaterial.
•Lacantidaddecalorrequeridatambiéndependedelanaturalezadel
material;serequieren4190Jdecalorparaelevarlatemperaturade1
kilogramodeagua1°C,perosólo910Jparaelevaren1°Clatemperatura
de1kilogramodealuminio.
•Donde c es una cantidad, diferente para cada material, llamada calor
específico del material.

34. CALOR ESPECÍFICO
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35. CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR
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•Resultaútildescribirunacantidaddesustanciaen
términosdelnúmerodemoles(�),envezdela
masa(�)delmaterial.
•Definición:
•Unmoldecualquiersustanciapurasiempre
contieneelmismonúmerodemoléculas.Lamasa
molardecualquiersustancia,denotadacon(�),
eslamasapormol.
•Avecessellamaa(�),pesomolecular,aunque
espreferiblemasamolar;lacantidaddependede
lamasadeunamolécula,nodesupeso.

36. CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR
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•Ejemplo:
•Lamasamolardelaguaes:
�
??????��??????=��
�
���
=����
−�
��
���
•Unmoldeaguatieneunamasade:
���=�.������
•Lamasatotal(�)dematerialeslamasapormol
(�),multiplicadaporelnúmerodemoles(�):
�=��
•Sustituyendo.
�=��??????∆??????

37. CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR
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•Elproductode�??????=??????,sellamacapacidad
caloríficamolar(calorespecíficomolar)yse
denotaconlaletra(??????).
�=��??????∆??????
•Entoncesseobtiene:
�=�??????∆??????
•Porejemplo,lacapacidadcaloríficamolardel
aguaes:
??????=�??????=�.���
��
���
����
�
��∙�
=��.��
�
��∙�

38. CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR
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39. CALORIMETRÍA Y CAMBIOS DE FASE
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•Calorimetríasignifica
“medicióndecalor”.
•Sehahabladodela
transferenciadeenergía
(calor)durantelos
cambiosdetemperatura.
•El calortambién
intervieneenloscambios
defase,comolafusión
delhieloolaebullición
delagua.

40. CAMBIOS DE FASE
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•Eltérminofaseseusaparadescribirunestado
específicodelamateria,comosólido,líquidoogas.
•Elcompuesto??????
2??????existeenlafasesólidacomohielo,
enlafaselíquidacomoaguayenlafasegaseosacomo
vapordeagua.
•Tambiénllamadosaéstosestadosdelamateria:el
estadosólido,líquidoygaseoso.
•Unatransicióndeunafaseaotraesuncambiodefase.
Paraunapresióndada,loscambiosdefasesedana
unatemperaturadefinida,generalmenteacompañada
porabsorciónoemisióndecalor,yuncambiode
volumenydensidad.

41. CAMBIOS DE FASE
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•Paraconvertir1kgdehieloa0°Cen1kgdeagualíquidaa
0°Cyapresiónatmosféricanormal,necesitamos3.34×
10
5
�decalor.Elcalorrequeridoporunidaddemasase
llamacalordefusión(ocalorlatentedefusión),denotado
con�
�.
•Paraelaguaapresiónatmosféricanormal,elcalorlatente
defusiónes
�
�=3.34×10
5
�
�??????
=79.6
���
??????
=143
���
��
•Parafundirunamasa�dematerialconcalordefusión�
�
serequiereunacantidaddecalor�dadapor:
�=��
�

42. CAMBIOS DE FASE
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•Esteprocesoesreversible.Paracongelaragualíquidaa0°C
tenemosquequitarcalor;lamagnitudeslamisma,pero
ahora�esnegativaporquesequitacalorenvezde
agregarse.
•Paracubrirambasposibilidadeseincluirotrostiposde
cambiosdefase,seexpresa:
�=±��
•Se utiliza el signo +(entra calor) cuando el material se
funde, y el signo −(sale calor) cuando se congela.
•El calor de fusión es diferente para diferentes materiales, y
también varía un poco con la presión.

43. CAMBIOS DE FASE
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•Paraunmaterial,aunapresión,latemperaturade
congelacióneslamismaqueladefusión.Enesta
temperaturaúnica,lasfaseslíquidaysólidacoexisten
enunacondiciónllamadaequilibriodefases.
•Similarsucedeconebulliciónoevaporación,una
transicióndefaseentrelíquidoygas.Elcalor
correspondiente(porunidaddemasa)sellamacalor
devaporización�
�.Apresiónatmosféricanormalel
calordevaporización�
�delaguaes
�
�=2.256×10
6
�
�??????
=536
���
??????
=970
���
��

44. CAMBIOS DE FASE
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•Se necesita:
•22.56×10
5
�para convertir 1kg de agua líquida a
100°C en 1kg de vapor de agua a 100 °C.
•4.19×10
5
�para elevar la temperatura de 1kg de
agua de 0°C a 100°C.
•Menos de la quinta parte del calor necesario para
la vaporización a 100°C.

45. CAMBIOS DE FASE
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46. CAMBIOS DE FASE
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47. Sede Guanacaste
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48. a) Fase definida, sólida (hielo) a -30ºC, es utiliza la ecuación de calor (Q) específico.
??????
ℎ??????���=�∙�
ℎ??????���∙∆�
De tabla se obtiene que el calor específico del hielo es 2100
�
��℃
??????
ℎ??????���=0.50�??????∙2100
�
�??????℃
∙0−−30℃
??????
ℎ??????���=1050
�
℃
∙30℃=31,500�
b) Fase de transición de sólido a líquido, es utiliza la ecuación de calor (Q) latente.
??????=�∙�
���??????ó�
De tabla se obtiene que el calor latente de fusión del agua es �
�=334.00
��
��
??????=�∙�
���??????ó�=0.5�??????∙334.00
��
�??????
=167,000��
c) Fase definida, líquido (agua) a -30ºC, es utiliza la ecuación de calor (Q)
específico.
??????
??????��??????=�∙�
??????��??????∙∆�
De tabla se obtiene que el calor específico del hielo es 4190
�
��℃
??????
??????��??????=0.50�??????∙4190
�
�??????℃
∙100−0℃
??????
??????��??????=2095
�
℃
∙100℃=209,300�

49. d) Fase de transición de líquido a vapor, es utiliza la ecuación de calor (Q)
latente.
??????=�∙�
�??????���??????????????????????????????ó�
De tabla se obtiene que el calor latente de vaporización del agua es �
�=
2256×10
3
�
��
??????=�∙�
���??????ó�=0.5�??????∙2256×10
3
�
�??????
=1,130,000�
e) Fase definida, gas (vapor de agua) a 140ºC, es utiliza la ecuación de calor
(Q) específico.
??????
�??????���=�∙�
�??????���∙∆�
De tabla se obtiene que el calor específico del vapor de agua es 1.46
��
��℃
??????
�??????���=0.50�??????∙1460
�
�??????℃
∙140−100℃
??????
�??????���=730
�
℃
∙40℃=21,900�
Por lo tanto, cuánto calor total se requiere.
??????
���??????�=??????
ℎ??????���+??????
���??????ó�+??????
??????��??????+??????
�??????���??????????????????????????????ó�+??????
�??????���
??????
���??????�=31,500�+167,000�+209,300�+1,130,000�+21,900�
??????
���??????�=1,559,700�

50. MECANISMOS DE
TRANSFERENCIA DE CALOR
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•Los tres mecanismos de transferencia de calor son
conducción, convección y radiación.
•Hay conduccióndentro de un cuerpo o entre dos
cuerpos que están en contacto.
•La conveccióndepende del movimiento de una
masa de una región del espacio a otra.
•La radiaciónes transferencia de calor por radiación
electromagnética, como la luz del Sol, sin que tenga
que haber materia en el espacio entre los cuerpos.

51. CONDUCCIÓN
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•Siseaseguraelextremo
deunavarilladecobrey
colocamoselotroenuna
llama,elextremoque
sostenemossecalienta
cadavezmás,aunqueno
estéencontactodirecto
conlallama.Elcalorllega
alextremomásfríopor
conducciónatravésdel
material.

52. CONDUCCIÓN
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•Los átomos de las áreas más calientes tienen más
energía cinética, que sus vecinos más fríos, así que
empujan a sus vecinos, transfiriéndoles algo de su
energía. Los vecinos empujan a otros vecinos,
continuando así a través del material.
•Los átomos en sí no se mueven de una región del
material a otra, pero su energía sí.

53. CONDUCCIÓN
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•Losmetalesusanotromecanismomáseficazparaconducircalor.
•Dentrodelmetal,algunoselectronespuedenabandonarsus
átomosoriginalesyvagarporlaredcristalina.Estoselectrones
“libres”puedenllevarenergíarápidamentedelasregionesmás
calientesdelmetalalasmásfrías;porello,losmetales
generalmentesonbuenosconductoresdelcalor.

54. CONDUCCIÓN
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•Losmetalesusanotromecanismomáseficazparaconducircalor.
•Dentrodelmetal,algunoselectronespuedenabandonarsus
átomosoriginalesyvagarporlaredcristalina.Estoselectrones
“libres”puedenllevarenergíarápidamentedelasregionesmás
calientesdelmetalalasmásfrías;porello,losmetales
generalmentesonbuenosconductoresdelcalor.

55. CONDUCCIÓN
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•Sólohaytransferenciade
calorentreregionesque
estána diferente
temperatura,yla
direccióndeflujo
siempreesdela
temperaturamásaltaala
másbaja.

56. CONDUCCIÓN
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Sisetransfiereunacantidaddecalor
�??????porlavarillaenuntiempo�??????,la
tasadeflujodecalores�??????/�??????.
Llamadaéstalacorrientedecalor,
denotadapor??????.Esdecir,??????=
�??????/�??????. Se observa
experimentalmentequelacorriente
decaloresproporcionalalárea
transversal�delavarillayala
diferenciadetemperatura�
??????−�
??????,
einversamenteproporcionalala
longituddelavarilla�.
Introduciendounaconstantede
proporcionalidad�llamada
conductividadtérmicadelmaterial,
setiene

57. CONDUCCIÓN
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Lacantidad
????????????−????????????
�
esladiferenciadetemperaturaporunidad
delongitud,llamadagradientedetemperatura.
Elvalornuméricode�dependedelmaterialdelavarilla.Los
materialescon�altossonbuenosconductoresdelcalor;
aquelloscon�pequeñossonconductoresoaislantes
deficientes.
Laecuacióntambiénmuestralacorrientedecalorquepasaa
travésdeuncuerpohomogéneoconáreatransversal??????
uniformeyperpendicularaladireccióndeflujo;�eslalongitud
delatrayectoriadeflujodelcalor.
Lasunidadesdecorrientedecalor??????sonunidadesdeenergía
portiempo,esdecir,potencia;launidadSIdecorrientedecalor
eselwatt1�=1
�
�
.

58. CONDUCCIÓN
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Enelcampodelaislamientotérmicodeedificios,
losingenierosusanelconceptoderesistencia
térmica,denotadacon�.Laresistenciatérmica�
deunaplacadematerialconárea??????sedefinede
modoquelacorrientedecalor??????queatraviesala
placaes:
Donde??????
??????y??????
??????sonlastemperaturasalosdos
ladosdelaplaca.Comparandoestoconla
ecuación,vemosque�estádadapor:

59. CONVECCIÓN
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La convección es
transferenciadecalorpor
movimientodeunamasade
fluidodeunaregióndel
espacioaotra.
Sielfluidocirculaimpulsado
porunventiladorobomba,
elprocesosellama
convecciónforzada.
Sielflujosedebea
diferenciasdedensidad
causadasporexpansión
térmica,comoelascensode
airecaliente,elprocesose
llamaconvecciónnaturalo
convecciónlibre.

60. CONVECCIÓN
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1.Lacorrientedecalorcausadaporconvección
esdirectamenteproporcionalalárea
superficial.
2.Laviscosidaddelosfluidosfrenalaconvección
naturalcercadeunasuperficieestacionaria,
formandounapelículasuperficial.La
convecciónforzadareduceelespesordeesta
película,aumentandolatasadetransferencia
decalor.
3.Lacorrientedecalorcausadaporconvección
esaproximadamenteproporcionalala
potenciadeladiferenciadetemperaturaentre
lasuperficieyelcuerpoprincipaldelfluido.

61. CONVECCIÓN
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1.Lacorrientedecalorcausadaporconvección
esdirectamenteproporcionalalárea
superficial.
2.Laviscosidaddelosfluidosfrenalaconvección
naturalcercadeunasuperficieestacionaria,
formandounapelículasuperficial.La
convecciónforzadareduceelespesordeesta
película,aumentandolatasadetransferencia
decalor.
3.Lacorrientedecalorcausadaporconvección
esaproximadamenteproporcionalala
potenciadeladiferenciadetemperaturaentre
lasuperficieyelcuerpoprincipaldelfluido.

62. RADIACIÓN
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Laradiacióneslatransferenciadecalorporondas
electromagnéticascomolaluzvisible,elinfrarrojo
ylaradiaciónultravioleta.
Casitodoelcalordecuerposmuycalientesnose
percibenporconducciónniporconvecciónenel
aireintermedio,sinoporradiación.
Habríaestatransferenciadecaloraunquesólo
hubieravacíoentreelcuerpoylafuentedecalor.

63. RADIACIÓN
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Latasaderadiacióndeenergíadeunasuperficiees
proporcionalasuáreasuperficial??????,yaumenta
rápidamenteconlatemperatura,segúnlacuarta
potenciadelatemperaturaabsoluta(Kelvin).Latasa
tambiéndependedelanaturalezadelasuperficie;
estadependenciasedescribeconunacantidad�
llamadaemisividad:unnúmeroadimensionalentre0
y1querepresentalarelaciónentrelatasade
radiacióndeunasuperficiedadayladeunáreaigual
deunasuperficieradianteidealalamisma
temperatura.

64. RADIACIÓN
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Donde??????eslaconstantefísicafundamental
llamadaconstantedeStefan-Boltzmann.
EstarelaciónsellamaleydeStefan-Boltzmann
enhonordesusdescubridoresdefinalesdel
sigloXIX.Elmejorvalornuméricoactualde??????
es
•La emisividad??????suele ser mayor para
superficies oscuras que claras.

65. RADIACIÓN
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Donde??????eslaconstantefísicafundamental
llamadaconstantedeStefan-Boltzmann.
EstarelaciónsellamaleydeStefan-Boltzmann
enhonordesusdescubridoresdefinalesdel
sigloXIX.Elmejorvalornuméricoactualde??????
es
•La emisividad??????suele ser mayor para
superficies oscuras que claras.

66. Unacajadeespumadepoliestirenoparamantenerfríaslasbebidastiene
unáreadeparedtotal(incluidalatapa)de0.80m2yunespesordepared
de2.0cm,yestállenaconhielo,aguaylatasdebebidasa0°C.
Calculelatasadeflujodecalorhaciaelinteriordelacaja,sila
temperaturaexterioresde30°C.
¿Cuántohielosederriteenundía?

67. Unacajadeespumadepoliestirenoparamantenerfríaslasbebidastiene
unáreadeparedtotal(incluidalatapa)de0.80m2yunespesordepared
de2.0cm,yestállenaconhielo,aguaylatasdebebidasa0°C.
Calculelatasadeflujodecalorhaciaelinteriordelacaja,sila
temperaturaexterioresde30°C.
¿Cuántohielosederriteenundía?
Solución.
Laprimeraincógnitaeslacorrientedecalor??????.Lasegundaeslacantidad
dehieloquesederrite,quedependedelacorrientedecalor??????(calorpor
unidaddetiempo),eltiempotranscurridoyelcalordefusión.
Primeroelflujototaldecaloresaproximadamenteelquehabríaatravés
deunasuperficieplanade0.80m2deáreay2.0cm=0.020mdeespesor.
Seobtiene�delatabla.Laecuacióndecorrientedecalor(tasadeflujo
decalor)es
Elcalorlatentedefusióndelhieloesde3.34×10
5
�
��
,asíquelacantidad
dehielofundidaporesecalores

68. Sede Guanacaste
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