La transferencia de calor ocupa un campo que comprende una amplia gama de funciones, desde los procesos simples de calentamiento y enfriamiento de objetos hasta conceptos termodinámicos avanzados en física térmica. Para comprender cómo se enfría una bebida en el verano o cómo el calor viaja del sol a la Tierra, debe comprender estos principios básicos de la transferencia de calor en un nivel fundamental.

Segunda Ley de la Termodinámica

La Segunda Ley de la Termodinámica establece que el calor se transfiere de un objeto de una temperatura más alta a la de una temperatura más baja. Los átomos de mayor energía (y por lo tanto la temperatura más alta) se mueven hacia los átomos de energía más bajos (temperatura más baja) para mantener el equilibrio (conocido como equilibrio térmico). La transferencia de calor ocurre para mantener este principio cuando un objeto está a una temperatura diferente de otro objeto o su entorno.

Transferencia de calor por conducción

Cuando las partículas de materia están en contacto directo, calor transferencias por medio de conducción. Los átomos adyacentes de mayor energía vibran uno contra el otro, lo que transfiere la energía más alta a la energía más baja, o la temperatura más alta a la temperatura más baja. Es decir, los átomos de mayor intensidad y mayor calor vibrarán, moviendo los electrones a áreas de menor intensidad y menor temperatura. Los líquidos y gases son menos conductivos que los sólidos (los metales son los mejores conductores) debido a que son menos densos, lo que significa que hay una mayor distancia entre los átomos.

Transferencia de calor por convección

La convección describe la transferencia de calor entre una superficie y un líquido o gas en movimiento. A medida que el fluido o el gas viajan más rápido, la transferencia de calor por convección aumenta. Dos tipos de convección son la convección natural y la convección forzada. En la convección natural, el movimiento del fluido se produce a partir de los átomos calientes del fluido, donde los átomos calientes se mueven hacia arriba, hacia los átomos más fríos del aire: el fluido se mueve bajo la influencia de la gravedad. Ejemplos de esto incluyen las nubes crecientes del humo del cigarrillo o el calor del capó de un automóvil que se eleva hacia arriba. En la convección forzada, el fluido es forzado a viajar sobre la superficie por un ventilador o bomba o alguna otra fuente externa.

Transferencia de calor y radiación

Radiación (que no debe confundirse con la radiación térmica) se refiere a la transferencia de calor a través del espacio vacío. Esta forma de transferencia de calor ocurre sin un medio intermedio; la radiación funciona incluso en y a través de un vacío perfecto. Por ejemplo, la energía del sol viaja a través del vacío del espacio antes de que la transferencia de calor caliente la Tierra.

La transferencia de calor forma parte integral de la educación en materias relevantes, como en el plan de estudios de ingeniería química o mecánica . La fabricación y el HVAC (calefacción, ventilación y refrigeración por aire) son ejemplos de industrias que dependen en gran medida de la termodinámica y los principios de la transferencia de calor. La ciencia térmica y la física térmica son campos de educación superior que se ocupan de la transferencia de calor.