Transmisión del calor: conducción, convección y radiación

Dejas 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? Explícalo brevemente.

Clasifica estos materiales en buenos conductores del calor o aislantes térmicos, y justifica tu elección:

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

Tocas 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 pieza.

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

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? Descríbelo.

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? Explícalo.

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, explica las dos situaciones usando las corrientes de convección.

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

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

1. a) Explica por qué mecanismo se pierde el calor de la pieza 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? Justifícalo.
3. c) Propón una forma de ventilar la pieza perdiendo menos calor y explica por qué funciona.

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

1. a) Explica 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?

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?

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

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) Explica 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: razona por qué esas características favorecen ese mecanismo.

Completa 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 horneas una pizza intervienen los tres mecanismos de transmisión del calor. Identifícalos:

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.

Sentado frente a una chimenea encendida notas 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 ti?
2. b) ¿Qué mecanismo hace subir el aire caliente por la chimenea?

Justifica ambas respuestas.

Con una tostadora en marcha haces tres pruebas:

1. a) Pones la mano encima, sin tocarla, y sientes que sube aire caliente.
2. b) La pones al lado, sin tocarla, y también sientes calor.
3. c) La tocas con un dedo y te quemas.

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

Calientas agua en un jarro de acero sobre una cocina a gas, como se muestra en la figura. Describe 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 del jarro.
2. b) A través del metal del jarro.
3. c) Desde el fondo del jarro hasta toda el agua.

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

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

1. a) ¿Es el aire quieto y atrapado un buen o mal conductor del calor?
2. b) Explica 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.

Justifica la elección de cada material pensando en qué quieres que haga el calor en cada parte de la sartén.

Envuelves una lata de bebida fría en un paño de lana grueso y dejas otra lata igual sin envolver sobre el mesón.

1. a) Predice cuál de las dos se calentará antes.
2. b) Explica el papel de la lana como aislante térmico: ¿le da calor a la bebida o impide que le llegue?

Sirves 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 tomarla?
2. b) ¿En cuál se enfría antes el chocolate?
3. c) Justifica 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) Explica esa diferencia de sensación.
2. b) Predice 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) Razona la respuesta pensando en quién cede calor a quién y a qué velocidad lo hace.

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. Explícalo.