Fisica General Burbano

328 EL CALOR Y SUS EFECTOS
D) TRANSMISIÓN DE CALOR
XV – 38. Transmisión del calor por conducción. Ley de Fourier
Se produce CONDUCCIÓN DEL CALOR, cuando en las diversas partes de un cuerpo a distinta
temperatura la agitación térmica se transmite de molécula a molécula hasta la unificación
de aquélla.
Fig. XV-22.– El calor atraviesa un
muro por conducción.
COEFICIENTE DE
CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
(W/m · K)
Ag
Cu
Al
Fe
Hg
H 2
O (27 ºC)
Hielo
Yeso
Aire (27 ºC)
Lana de algodón
Corcho
Cristal
429
400
205
80,4
58,6
0,609
0,592
0,520
0,026
0,017
0,043
0,7-0,9
La conducción en gases y líquidos es una consecuencia de la agitación molecular y de la equipartición
de la energía en el choque (tendencia a la igualación de la energía cinética en choques
sucesivos). El fenómeno de igualación de la energía cinética media, y en consecuencia de la temperatura
es muy lento; en los gases y líquidos el fenómeno de transmisión del calor se realiza, en
general, por CORRIENTES DE CONVECCIÓN.
La conducción de calor en los sólidos obedece a causas análogas, siendo los distribuidores de
la energía los electrones constituyentes de los átomos que, en agitación térmica, se comportan
como un GAS ELECTRÓNICO. Los metales (cuyos átomos retienen débilmente a sus electrones) conducen
el calor más rápidamente que los no metales.
La cantidad de calor que pasa en un tiempo ∆t, a través de una lámina de un material cuya
superficie es A y su espesor ∆x y cuyas paredes están a temperaturas T 1
y T 2
(T 1
> T 2
), está determinada
experimentalmente por Jean Baptiste Joseph, barón de Fourier (1768-1830), que expresa:
∆Q KA T 2 − T 1
=−
∆t
∆x
H es la RAPIDEZ DE TRANSFERENCIA DE CALOR a través del área A y K es una constante de proporcionalidad
que depende de la sustancia de que está hecha la lámina, a la que llamamos CONDUCTI-
VIDAD TÉRMICA. En realidad el valor de K depende de la temperatura aumentando ligeramente
cuando ésta aumenta, pero se puede considerar casi constante en todo un material si la diferencia
de temperatura entre sus partes no es demasiado grande.
La fórmula anterior es expresión particular de una ley general en la que por la forma del cuerpo,
su heterogeneidad u otras circunstancias, no hay por qué suponer una variación uniforme de
temperatura a lo largo de una dimensión x. Si suponemos espesores infinitesimales, a los que corresponden
variaciones infinitesimales de temperatura, entonces:
H = dQ KA dT
dt
= − dx
en la que dT/dx recibe el nombre de GRADIENTE DE TEMPERATURA, F = dQ/dt FLUJO CALORÍFICO o
TÉRMICO y siendo INTENSIDAD TÉRMICA la energía (calor) que por unidad de tiempo atraviesa la unidad
de área.
dQ
I = K dT
Adt
= − dx
Las fórmulas estudiadas son aplicables a los hilos o barras cuando éstos están absolutamente
aislados; pero si hay pérdidas de calor por su superficie (RADIACIÓN) se verifica que, cuando la distancia
de un punto al extremo más caliente aumenta, la temperatura desciende según una ley exponencial
cuya expresión es:
T – T 2
= (T 1
– T 2
) e –ax
T es la temperatura del punto considerado; T 1
y T 2
, las temperaturas de los extremos caliente y frío
de la barra; x, la distancia del punto considerado al extremo caliente; e, la base de los logaritmos
neperianos; a, una constante cuyo valor es:
a =
A: la sección; p: es el perímetro; K: es coeficiente de conductibilidad; h: el coeficiente de radiación
o conductibilidad externa.
PROBLEMAS: 33 al 40.
XV – 39. Transmisión del calor por convección
∆Q
⇔ H = = −KA
∆t
Se produce la transmisión del calor por CONVECCIÓN cuando se produce su distribución por
corrientes materiales de fluido.
Tales corrientes pueden ser originadas por la menor densidad de las partes más calientes que,
en consecuencia, ascienden y la mayor densidad de las porciones frías que descienden.
hp
KA
∆
∆
T x
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