Transmisión del calor: conducción, convección y radiación
El mango de una cuchara de metal se calienta aunque no toque la sopa. El Sol nos calienta a través del vacío del espacio. El aire caliente que sale de un horno encendido sube hacia el techo. Son tres formas distintas de viajar del calor: conducción, convección y radiación. En esta página vas a aprender a reconocerlas y a explicar por qué una cava, una sartén o un suéter se comportan como lo hacen.
Conducción: calor por contacto
Agarras una cuchara de metal y dejas el otro extremo dentro de una olla de sancocho hirviendo. En pocos segundos el mango te quema los dedos aunque no toque el líquido. ¿Cómo viajó esa energía a través del metal sin que la cuchara se mueva?
Según el modelo de partículas, las del extremo caliente vibran con más fuerza y le pasan esa agitación a sus vecinas, y estas a las siguientes. Ninguna partícula viaja lejos: lo que avanza es la agitación.
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.…
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: a) Una sartén de aluminio. b) El mango de madera de la sartén.…
Clasifica estos materiales en buenos conductores del calor o aislantes térmicos, y justifica tu elección:
- a) Una sartén de aluminio.
- b) El mango de madera de la sartén.
- c) Un jersey de lana.
- d) Una cuchara de acero.
- 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 habitación. a) ¿Están…
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 habitación.
- a) ¿Están realmente a distinta temperatura?
- b) Explica la diferencia de sensación usando la conducción del calor.
Convección: calor que viaja con el fluido
Calientas agua en una olla de vidrio y echas unas hojas de hierbabuena. Las ves subir por el centro y bajar por los lados. ¿Por qué el calor provoca esta circulación continua?
El fluido caliente se dilata y es menos denso, así que sube. Arriba cede calor, se enfría, se hace más denso y baja. Así se forma una corriente de convección. Los líquidos y los gases conducen muy mal el calor por contacto: si calientas solo la parte de arriba de un recipiente con agua, el agua caliente (menos densa) se queda arriba, no baja, y el fondo casi no se entera.
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…
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…
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…
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.
Un radiador funciona mejor instalado en la parte baja de la pared que cerca del techo. Observa la figura, que compara las dos instalaciones: a) Explica por qué usando…
Un radiador funciona mejor instalado en la parte baja de la pared que cerca del techo. Observa la figura, que compara las dos instalaciones:
- a) Explica por qué usando las corrientes de convección.
- b) ¿Qué le pasaría al aire caliente si el radiador estuviera junto al techo? ¿Se calentaría bien la habitación?
- c) La posición apenas influye en el calor que el radiador transmite por radiación: ¿sabrías decir por qué?
Radiación: calor sin materia de por medio
Todos los cuerpos emiten radiación; los muy calientes (el Sol, una parrilla con brasas al rojo, la resistencia de un horno) emiten mucha. Los cuerpos oscuros y mates la absorben y la emiten mejor que los claros y brillantes. Las superficies plateadas reflejan casi toda la radiación que les llega: por eso se pintan de plateado los tanques y los techos, y por eso una cocina solar usa espejos. Además, cuanto mayor es la superficie, más radiación emite o recibe un cuerpo: un panel de enfriado de una nave es grande, plano y negro para emitir mucha.
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…
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…
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. a) Explica por qué no puede…
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.
- a) Explica por qué no puede enfriarse por conducción ni por convección.
- b) ¿Qué mecanismo le queda para perder calor?
- c) Los paneles de enfriado de las naves son grandes, negros y planos: razona por qué esas características favorecen ese mecanismo.
Los tres mecanismos a la vez
Completa las frases con el nombre del mecanismo que falta: a) En la $\dots$ el calor se transmite por contacto directo, sin que la materia se desplace. b) En la $\dots$…
Completa las frases con el nombre del mecanismo que falta:
- a) En la $\dots$ el calor se transmite por contacto directo, sin que la materia se desplace.
- b) En la $\dots$ el calor viaja con el movimiento de un fluido, como el aire o el agua.
- 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: a) La resistencia eléctrica incandescente calienta la pizza sin…
Cuando horneas una pizza intervienen los tres mecanismos de transmisión del calor. Identifícalos:
- a) La resistencia eléctrica incandescente calienta la pizza sin tocarla.
- b) El aire caliente circula por el interior del horno.
- 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 marchan por el tiro, como se muestra en la figura. a) ¿Qué…
Sentado frente a una chimenea encendida notas el calor en la cara, mientras el humo y el aire caliente se marchan por el tiro, como se muestra en la figura.
- a) ¿Qué mecanismo te está calentando a ti?
- b) ¿Qué mecanismo hace subir el aire caliente por la chimenea?
Justifica ambas respuestas.
Calientas agua en un cazo de acero sobre una cocina de gas, como se muestra en la figura. Describe el viaje del calor desde la llama hasta el agua, identificando el…
Calientas agua en un cazo de acero sobre una cocina de 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:
- a) De la llama y los gases calientes al fondo del cazo.
- b) A través del metal del cazo.
- c) Desde el fondo del cazo hasta toda el agua.
Aislantes y conductores en la vida diaria
Descalzo en el baño, la baldosa se siente helada y la alfombra agradable, aunque un termómetro marque $20\ ^{\circ}\text{C}$ en ambos. ¿Por qué dos objetos a la misma temperatura se sienten tan distintos?
La baldosa (o el metal) es buena conductora: le quita calor a tu piel muy rápido y por eso la sientes fría. La alfombra es mala conductora: casi no te quita calor y la sientes templada. Lo que percibes no es la temperatura del objeto, sino cuán rápido pierdes calor. Si el piso estuviera caliente (piso con calefacción) pasaría al revés: la baldosa le cedería calor a tu pie más rápido que la alfombra y la sentirías más caliente. Siempre el calor pasa del cuerpo más caliente al más frío, y la rapidez depende de cuánto conduce el material.
¿Por qué las cazuelas y las 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…
¿Por qué las cazuelas y las 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.
Los plumíferos abrigan porque las plumas atrapan mucho aire entre ellas. a) ¿Es el aire quieto y atrapado buen o mal conductor del calor? b) Explica por qué ese aire…
Los plumíferos abrigan porque las plumas atrapan mucho aire entre ellas.
- a) ¿Es el aire quieto y atrapado buen o mal conductor del calor?
- b) Explica por qué ese aire atrapado hace que nuestro cuerpo pierda menos calor.
Envuelves una lata de refresco fría en un paño de lana grueso y dejas otra lata igual sin envolver sobre la encimera. a) Predice cuál de las dos se calentará antes. b)…
Envuelves una lata de refresco fría en un paño de lana grueso y dejas otra lata igual sin envolver sobre la encimera.
- a) Predice cuál de las dos se calentará antes.
- b) Explica el papel de la lana como aislante térmico: ¿da calor al refresco o impide que le llegue?
Los servicios de emergencia envuelven a los accidentados con una manta isotérmica, una lámina fina y plateada. a) ¿Qué le ocurre a la radiación que emite el cuerpo…
Los servicios de emergencia envuelven a los accidentados con una manta isotérmica, una lámina fina y plateada.
- a) ¿Qué le ocurre a la radiación que emite el cuerpo cuando llega a la cara plateada de la manta?
- b) El aire que queda entre el cuerpo y la manta apenas puede moverse: ¿cómo ayuda eso a reducir las pérdidas por convección?
- c) La manta no «da calor», y sin embargo la persona se enfría mucho más despacio. Explícalo.
Los seres vivos y el intercambio de calor
Los animales de sangre caliente (homeotermos), como tú, un perro o un oso frontino, mantienen su temperatura casi constante, y para eso usan los tres mecanismos. El pelaje y las plumas atrapan aire quieto: frenan la conducción y la convección, igual que un suéter. La piel pierde calor por radiación y por convección con el aire que la rodea. La transpiración y la evaporación sacan calor del cuerpo: por eso sudas cuando hace calor. Y cuando hace frío, tiritar y acurrucarse ayudan: tiritar genera calor y acurrucarse reduce la superficie expuesta al ambiente.
Vuelve al principio: el mango de la cuchara se calienta por conducción, el aire caliente del horno sube por convección y el Sol nos llega por radiación; y la baldosa se siente más fría que la alfombra porque conduce mejor el calor.