Calor |
Conducción
En
los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción.
Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente
su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por
conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la
conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte,
al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando
existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los
buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores
del calor. En 1822, el matemático francés Barón Joseph Fourier dio una
expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la
conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de
calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es
proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el
signo cambiado). El
factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del
material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen
conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que
materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e
incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen
como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de
conducción del calor a través de un sólido en el que existe una
diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas
matemáticas muy complejas, sobre todo si el proceso varía con el tiempo;
en este caso, se habla de conducción térmica transitoria. Con la ayuda
de ordenadores (computadoras) analógicos y digitales, estos problemas
pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos de geometría
complicada. |