Diferencia entre conducción, convección y radiación (con tabla)

Cuando la energía térmica se transfiere de un sistema a otro mediante la dispersión de calor, el fenómeno se denomina transferencia de calor.

Esto se puede hacer de tres formas: conducción, convección y radiación.

los diferencia clave entre conducción, convección y radiación radica en el hecho de que es solo una cuestión de cómo se transfiere el calor de una zona con mayor energía cinética a una zona de menor energía cinética.

En conducción, esto sucede a través del contacto físico directo entre dos objetos.

La convección, por otro lado, ocurre cuando el calor se transfiere a través del movimiento de moléculas.

Se refiere a la transferencia de calor que ocurre en los fluidos. La radiación no requiere contacto físico entre dos objetos como los otros métodos.

Es el proceso por el cual el calor se transfiere a través de ondas electromagnéticas.

Tabla de comparación entre conducción, convección y radiación (en forma tabular)

Parámetro de comparación Conducción Convección Radiación

Definición Proceso de transferencia de calor entre objetos mediante contacto físico directo. Proceso de transferencia de calor a través de un medio fluido como líquidos o gases. Proceso de transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas.
Método El calor se transfiere debido a la colisión molecular cuando los sólidos entran en contacto entre sí. El calor se transfiere por el flujo de los fluidos. El calor se transfiere a través de la radiación emitida por los cuerpos sin necesidad de un medio.
Porque Calor viajando desde un área de alta temperatura a un área de baja temperatura. Calor viajando desde un área de baja densidad a un área de alta densidad. Energía emitida por los cuerpos mediante los movimientos rotacionales y vibracionales de átomos y moléculas.
Medio Sólidos calentados. Sustancia interviniente como fluidos. Ondas electromagnéticas.

¿Qué es la conducción?

El proceso de transferencia de calor a través del contacto directo entre dos objetos se llama conducción.

Cuando las moléculas de un objeto absorben energía térmica, comienzan a moverse rápidamente y, al hacerlo, entran en contacto con los objetos vecinos y se produce una transferencia de energía.

La conducción es un proceso muy común. El simple hecho de tocar un recipiente caliente hace que se produzca la conducción y el calor se transfiera del recipiente a la mano.

Para que suceda la conducción, se deben tener en cuenta algunos factores.

El primero es el gradiente de temperatura, que es la descripción de la dirección en la que fluye el calor y la velocidad de transferencia.

El proceso de conducción desde una fuente caliente a una fría (o una fuente que carece de energía térmica) continúa hasta que ambos cuerpos alcanzan un estado de equilibrio térmico.

Otro factor importante es el tamaño de los objetos involucrados. Los objetos más grandes requieren más calor para calentarse, pero al mismo tiempo, pierden calor más rápido.

Esto se debe a que cuanto mayor es su superficie, más entran en contacto con el aire libre.

También se deben tener en cuenta las propiedades físicas de los objetos.

Si usa una cuchara de madera mientras cocina, notará que la cuchara no se calienta. Esto se debe a que la madera es un mal conductor.

Sin embargo, si tuviera que usar una cuchara de metal, el calor se le transferirá muy rápidamente porque el metal es un buen conductor.

Los conductores deficientes también se denominan aislantes.

Evitan que la energía fluya lejos de la fuente.

Por ejemplo, los osos polares pueden sobrevivir en las regiones árticas porque su pelaje sirve como aislante que atrapa el calor dentro del cuerpo.

Ejemplo de conducción de calor

¿Qué es la convección?

Cuando ocurre el movimiento de masa de un fluido debido a que el fluido calentado se aleja de la fuente de calor, lleva energía consigo.

Esta es también una forma de transferencia de calor y se llama convección.

Este proceso ocurre porque el calor disminuye la densidad de fluidos como el aire y el agua.

La pérdida de densidad hace que el fluido se eleve creando corrientes de convección que pueden transferir energía.

A medida que las capas calientes del fluido se elevan, las capas más frías que aún retienen su densidad descienden hacia la fuente de calor hasta que se calientan y comienzan a subir.

Hay dos tipos de convección: espontánea y forzada. En el primero, la convección ocurre naturalmente debido a la flotabilidad.

La diferencia de temperatura provoca una diferencia de densidades.

Por ejemplo, cuando el calor del sol calienta la tierra, el mar absorbe la mayor parte de la energía, pero se necesita más tiempo para calentarse que la tierra.

Por lo tanto, el aire sobre la tierra pierde densidad más rápidamente, lo que lleva a la creación de un área de baja presión sobre las áreas costeras.

Pero el área sobre el mar tiene una presión más alta y esto hace que el aire se mueva desde el área de mayor presión a la zona de menor presión, es decir, del mar a la tierra.

Por eso, la brisa cerca del mar es generalmente más fuerte.

La convección forzada se produce mediante una fuente externa como un ventilador o un géiser.

Está relacionado con la ley de Newton de enfriar la ecuación para la cual es la siguiente:

P = dQ / dt = hA (TT)

Aquí P = dQ / dt es la tasa de transferencia de calor. La h es el coeficiente de transferencia de calor por convección. A es el área de la superficie del material que está expuesto.

T se refiere a la temperatura del objeto en el fluido y T se refiere a la temperatura del fluido que se somete al proceso de convección.Ejemplos de convección

¿Qué es la radiación?

A diferencia de la conducción y la convección, que requieren un contacto físico real entre dos cuerpos, la radiación es la transferencia de calor que ocurre incluso cuando los cuerpos no entran en contacto o están separados en el espacio.

Todo en el universo está formado por átomos que juntos forman moléculas.

La rotación y vibración de átomos y moléculas aseguran que todas las sustancias sigan emitiendo energía a través de la radiación electromagnética.

Los electrones con alta energía a niveles atómicos altos descienden a niveles donde la energía es menor.

Cualquier energía que se pierda en el camino se emite como radiación electromagnética.

Cuando la energía es absorbida por un átomo, sus electrones suben a niveles de energía más altos.

Por tanto, cuando la velocidad a la que se absorbe la energía se equilibra con la velocidad a la que se emite, la temperatura de la sustancia no cambiará.

Si el primero es mayor que el segundo, la temperatura aumentará y si es menor, la temperatura también disminuirá.

Un ejemplo común de transferencia de calor por radiación es el sol. No entra en contacto con ninguno de los otros planetas ni existe un medio físico para la transferencia de calor.

Sin embargo, podemos sentir su calor debido a la radiación electromagnética que emite, lo que permite que sus rayos lleguen a la tierra.Ejemplo de radiación

Principales diferencias entre conducción, convección y radiación

  1. La conducción es el proceso por el cual se transfiere calor entre dos objetos a través del contacto físico directo.
  2. En la convección, el calor se transfiere mediante un medio fluido, como un líquido o un gas.
  3. La transición de calor a través de ondas electromagnéticas se llama radiación.
  4. El calor que viaja desde un área con alta temperatura a un área con baja temperatura es la causa de la conducción.
  5. El calor que se mueve de un área con baja densidad a un área con alta densidad causa convección.
  6. La radiación se produce porque los movimientos de rotación y vibración de los átomos y moléculas que componen los cuerpos hacen que la energía se transmita constantemente.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre conducción, convección y radiación

  1. ¿Cuáles son algunos ejemplos de conducción y convección de radiación?

    Algunos ejemplos de convección son la ebullición del agua, el derretimiento del hielo, el mecanismo del radiador, una taza de té humeante, etc.

    Ejemplos de conducción son el uso de la almohadilla térmica para calentar el cuerpo, el motor se calienta debido a las partes móviles, el asado de alimentos sobre una fogata, etc. Los ejemplos de radiación incluyen la quema de radiación que emite velas, radiación que emite sol.

  2. ¿Frotarse las manos es una conducción?

    La conducción es un fenómeno en el que el calor se transfiere de una parte a otra. Pero en el caso de frotarse las manos, el calor se genera por el proceso de fricción, más que por conducción.

    Cuando se frotan ambas palmas, se crea una fricción que da como resultado la generación de calor.

  3. ¿Cómo viaja el calor por conducción?

    Tomemos un ejemplo de una varilla de acero de 4 pies de largo. Cuando comenzamos a calentar la varilla desde un extremo usando fuego, se puede ver que el calor comienza a viajar a través de la varilla y después de un tiempo, toda la varilla se calienta.

    Esto se debe a que el material con el que está hecha la varilla tiene la capacidad de transferir calor y es un material conductor.

  4. ¿Es un hierro un ejemplo de conducción?

    Sí, el hierro es un ejemplo de conducción. Cuando comienzas a calentar un extremo de una barra o pieza de hierro, se puede ver que el calor comienza a viajar a través de la barra y después de un tiempo, toda la barra se calienta.

    Esto se debe a que el material con el que está hecha la varilla tiene la capacidad de transferir calor y es un material conductor.

  5. ¿Por qué la convección es más rápida que la conducción?

    La convección es más rápida que el proceso de conducción.

    Esto se debe a que, en el caso de la convección, que ocurre principalmente en los fluidos, las moléculas tienen la libertad de moverse y vibrar desde sus lugares a un ritmo más rápido, mientras que en conducción, las moléculas no tienen mucho espacio para moverse y vibrar.

  6. ¿Es la conducción más eficiente que la convección?

    No, la conducción no es más eficaz que la convección. Esto se debe a que, en el caso de la convección, que ocurre principalmente en los fluidos, las moléculas tienen la libertad de moverse y vibrar desde sus lugares a un ritmo más rápido, mientras que en conducción, las moléculas no tienen mucho espacio para moverse y vibrar.

  7. ¿Cómo podemos prevenir la convección?

    El material aislante se ha utilizado ampliamente en todo el mundo para reducir el efecto de la conducción, ya que estos materiales no conducen calor o electricidad a través de ellos y no provocan pérdidas de calor o energía.

    Estos materiales evitan aún más la circulación de aire a través de ellos, lo que también evita la convección.

Conclusión

La conducción, la convección y la radiación son conceptos importantes en el estudio de la termodinámica.

En pocas palabras, el calor que viaja de un objeto caliente o un área caliente a un objeto frío del área es conducción.

El calor se transfiere mediante el movimiento de las corrientes fluidas por convección y el calor se transfiere a través de ondas electromagnéticas sin ningún medio es la radiación.

Nube de palabras para diferenciar entre conducción, convección y radiación

La siguiente es una recopilación de los términos más utilizados en este artículo sobre Conducción, convección y radiación. Esto debería ayudar a recordar términos relacionados tal como se utilizan en este artículo en una etapa posterior.Nube de palabras para Conducción, convección y radiación

Referencias

  1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0142727X94000144
  2. https://asmedigitalcollection.asme.org/heattransfer/article-abstract/85/4/318/414710

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