Ejercicios: Transmisión del calor: conducción, convección y radiación

Dejás una cuchara metálica dentro de la sopa caliente y, al cabo de un rato, el mango también está caliente aunque no toca el líquido, como se muestra en la figura.

¿Cómo se llama el mecanismo por el que el calor ha viajado a lo largo de la cuchara? Explicalo brevemente.

El Sol calienta la Tierra a pesar de que entre ambos hay unos $150$ millones de kilómetros de espacio vacío, como se muestra en la figura.

¿Qué mecanismo de transmisión del calor hace posible que nos llegue su energía? ¿Por qué no pueden ser los otros dos?

Al encender el radiador, el aire de la habitación se va calentando poco a poco, empezando por el aire situado junto al radiador, que asciende hacia el techo, como se muestra en la figura.

¿Qué mecanismo reparte el calor por el aire de la habitación? Describilo.

Clasificá estos materiales en buenos conductores del calor o aislantes térmicos, y justificá tu elección:

1. a) Una sartén de aluminio.
2. b) El mango de madera de la sartén.
3. c) Un suéter de lana.
4. d) Una cuchara de acero.
5. e) Un corcho de botella.

¿Por qué las cacerolas y las sartenes llevan el mango de madera o de plástico en vez de ser de una sola pieza de metal? Explicalo con lo que sabés sobre la conducción del calor.

En la playa, a mediodía, se nota una brisa que sopla del mar hacia la arena: el aire situado sobre la arena caliente sube y el aire más fresco del mar viene a ocupar su lugar, como se muestra en la figura.

¿Qué mecanismo de transmisión del calor está actuando? Explicalo.

Un día frío pero soleado de invierno te ponés al sol y notás calor en la cara, aunque el aire sigue frío. ¿Por qué mecanismo te llega ese calor? ¿Necesita aire para viajar?

Completá las frases con el nombre del mecanismo que falta:

1. a) En la $\dots$ el calor se transmite por contacto directo, sin que la materia se desplace.
2. b) En la $\dots$ el calor viaja con el movimiento de un fluido, como el aire o el agua.
3. c) En la $\dots$ el calor viaja sin necesidad de materia, como ocurre con la energía del Sol.

Cuando horneás una pizza intervienen los tres mecanismos de transmisión del calor. Identificalos:

1. a) La resistencia eléctrica incandescente calienta la pizza sin tocarla.
2. b) El aire caliente circula por el interior del horno.
3. c) La bandeja metálica calienta la base de la masa.

Tocás la pata metálica de tu escritorio y después la superficie de madera, y el metal te parece más frío, aunque los dos llevan horas en la misma habitación.

1. a) ¿Están realmente a distinta temperatura?
2. b) Explicá la diferencia de sensación usando la conducción del calor.

Sentado frente a una chimenea encendida, notás el calor en la cara, mientras el humo y el aire caliente se van por el tiro, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué mecanismo te está calentando a vos?
2. b) ¿Qué mecanismo hace subir el aire caliente por la chimenea?

Justificá ambas respuestas.

Con una tostadora en funcionamiento hacés tres pruebas:

1. a) Ponés la mano encima, sin tocarla, y notás que sube aire caliente.
2. b) La ponés al lado, sin tocarla, y también notás calor.
3. c) La tocás con un dedo y te quemás.

Identificá el mecanismo de transmisión del calor que actúa en cada caso.

Las camperas de pluma abrigan porque las plumas atrapan mucho aire entre ellas.

1. a) ¿El aire quieto y atrapado es buen o mal conductor del calor?
2. b) Explicá por qué ese aire atrapado hace que nuestro cuerpo pierda menos calor.

Una sartén tiene la base de aluminio y el mango de un plástico especial, muy mal conductor del calor, como se muestra en la figura.

Justificá la elección de cada material pensando en qué querés que haga el calor en cada parte de la sartén.

De día, en la playa, la brisa sopla del mar hacia tierra; de noche suele soplar al revés. Sabiendo que la arena se calienta y se enfría mucho más rápido que el agua del mar, explicá las dos situaciones usando las corrientes de convección.

Envolvés una lata de gaseosa fría en un paño de lana grueso y dejás otra lata igual sin envolver sobre la mesada.

1. a) Predecí cuál de las dos se va a calentar antes.
2. b) Explicá el papel de la lana como aislante térmico: ¿le da calor a la gaseosa o impide que le llegue?

Ponés un cubito de hielo sujeto con una rejilla en el fondo de un tubo de ensayo lleno de agua y calentás la parte superior del tubo con un mechero hasta que el agua de arriba hierve. El hielo del fondo apenas se derrite, como se ve en la figura.

1. a) ¿Qué demuestra el experimento sobre el agua como conductora del calor?
2. b) ¿Por qué la convección no lleva el calor hacia abajo, hasta el hielo?

Una nave espacial se calienta por el Sol y debe deshacerse del exceso de calor, pero está rodeada de vacío, como se muestra en la figura.

1. a) Explicá por qué no puede enfriarse por conducción ni por convección.
2. b) ¿Qué mecanismo le queda para perder calor?
3. c) Los paneles de enfriado de las naves son grandes, negros y planos: razoná por qué esas características favorecen ese mecanismo.

Calentás agua en una cacerola de acero sobre una cocina a gas, como se muestra en la figura. Describí el viaje del calor desde la llama hasta el agua, identificando el mecanismo que actúa en cada tramo:

1. a) De la llama y los gases calientes al fondo de la cacerola.
2. b) A través del metal de la cacerola.
3. c) Desde el fondo de la cacerola hasta toda el agua.

Servís chocolate caliente en dos tazas: una de acero fino y otra de porcelana gruesa.

1. a) ¿Cuál de las dos te quema más los dedos al agarrarla?
2. b) ¿En cuál se enfría antes el chocolate?
3. c) Justificá ambas predicciones usando la conducción del calor y el espesor y tipo de material de cada taza.

En el baño, descalzo, la baldosa te parece mucho más fría que la alfombra, aunque ambas están a la temperatura de la casa.

1. a) Explicá esa diferencia de sensación.
2. b) Predecí qué sentirías si el baño tuviera el piso caliente (piso radiante), a una temperatura mayor que la de tu pie: ¿qué material te parecería entonces más caliente al pisarlo?
3. c) Razoná la respuesta pensando en quién cede calor a quién y a qué velocidad lo hace.

En invierno, con la calefacción prendida, alguien abre de par en par la ventana para renovar el aire.

1. a) Explicá por qué mecanismo se pierde el calor de la habitación al abrir la ventana.
2. b) ¿Qué supone menos pérdida de calor: abrir de par en par durante cinco minutos o dejar la ventana entreabierta toda la mañana? Justificalo.
3. c) Proponé una forma de ventilar la habitación perdiendo menos calor y explicá por qué funciona.

Los servicios de emergencia envuelven a los accidentados con una manta térmica, una lámina fina y plateada.

1. a) ¿Qué le ocurre a la radiación que emite el cuerpo cuando llega a la cara plateada de la manta?
2. b) El aire que queda entre el cuerpo y la manta apenas puede moverse: ¿cómo ayuda eso a reducir las pérdidas por convección?
3. c) La manta no «da calor», y sin embargo la persona se enfría mucho más despacio. Explicalo.

Un radiador funciona mejor instalado en la parte baja de la pared que cerca del techo. Observá la figura, que compara las dos instalaciones:

1. a) Explicá por qué usando las corrientes de convección.
2. b) ¿Qué le pasaría al aire caliente si el radiador estuviera junto al techo? ¿Se calentaría bien la habitación?
3. c) La posición apenas influye en el calor que el radiador transmite por radiación: ¿sabrías decir por qué?