Calor Bidimensional

El calor y la temperatura son términos usados en el lenguaje cotidiano, a veces de manera incorrecta por lo que es necesario comprender el significado de cada uno cuando se quiere entender completamente el tema de transferencia de calor. La temperatura es una magnitud física que hace referencia a la sensación caliente o fría que se tiene al tocar algún elemento, mientras que el calor es una transferencia de energía de un cuerpo a otro con diferentes temperaturas. El calor siempre fluye de un cuerpo con mayor temperatura a uno de menor temperatura produciéndose una transferencia de calor, entiendo que para que esto ocurra debe realizarse un proceso de trabajo. Evidentemente el proceso de transferencia de calor ocurre cuando dos sistemas que se encuentran a distintas temperaturas se ponen en contacto, permitiendo el flujo de energía hasta alcanzar un equilibrio térmico en donde se igualan las temperaturas. El proceso de transferencia es inevitable, solo se puede ralentizar empleando aislantes o barrares. Existen tres mecanismos físicos por los cuales se puede realizar una transferencia de calor, los mismos son: Conducción, Convección y Radiación. La conducción es un mecanismo basado en dos sistemas que entran en contacto directo con sus partículas sin flujo neto de materia, las cuales tienden a igualar la temperatura entre los diferentes cuerpos por medio de ondas. Este proceso de conducción solo ocurre cuando hay diferencia de temperatura entre dos partes del medio conductor, teniendo en cuenta que la conducción es determinada por la Ley de Fourier que indica que la velocidad de transferencia de calor a través de cualquier elemento es proporcional al gradiente de temperatura que existe en él. Por su parte, la convección es el mecanismo que hace su proceso a través del movimiento o circulación de la masa ya sea en estado liquida o gaseosa dentro de una sustancia, este mecanismo es semejante al de la conducción con la diferencia de que ocurre cuando un fluido recibe calor y se esparce para trasmitirlo en el espacio donde está contenido. La convección puede ser natural o forzada, esto dependerá de si se da por diferencia de densidades en la materia o si se es obligada a moverse de un lugar a otro. Este tipo de transferencia se rige por los términos planteados por la Ley del enfriamiento de Newton, la cual establece que un cuerpo pierde calor a un ritmo proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y lo que lo contenga. Por último, esta el método de la radiación el cual puede darse en ausencia de contacto entre los elementos, su origen está en el movimiento térmico de las partículas cargadas de materia, las cuales desencadenan la emisión de electromagnetismo en todas las direcciones siendo su intensidad dependiente de su temperatura y de la longitud de onda de radiación considerada. Se considera que el mecanismo simplemente es energía emitida de un elemento que se encuentra a una temperatura dada. La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilante y perpendiculares entre sí, que pueden propagarse a través del espacio llevando consigo energía de un lugar a otro. La radiación electromagnética es independiente de la materia para su propagación comparada con el mecanismo de conducción y de convección que si necesitan un material para poder propagarse. En el ámbito industrial los equipos con intercambios de calor son diseñados en base a los mecanismos anteriormente nombrados, destacando que los procesos de transmisión de calor no solo aumentan, disminuyen o mantienen las temperaturas de los cuerpos afectados, pues son capaces de producir cambios de fase como la fusión del hielo o la ebullición de agua, la ingeniería suele aprovechar estos fenómenos diseñando los procesos de transferencia de calor en base a el tipo y sus características. Cuando se habla de analogía se entiende que la misma es una comparación o relación y semejanza entre cosas, razones o conceptos diferentes. Utilizar dicho concepto para sistemas hidráulicos, de conducción eléctricos y de calor resulta practico para su entendimiento. El principio de analogía es aplicable a cualquier tipo de sistema siempre que sus ecuaciones diferenciales o funciones de transferencia sea idénticas, para poder realizar los respectivos diagramas esquemáticos y aprovechar las ventajas de visualización de comportamiento y obtener las ecuaciones diferenciales por simple inspección. La conducción de calor en muchos aspectos es similar a la conducción de la electricidad en los conductores eléctricos. En un conductor, el flujo de electricidad va dirigido por la diferencia de potencial, igual que el flujo de calor que depende de la diferencia de temperatura. En la conducción eléctrica, la carga es transferida de un lugar a otro a través del movimiento de electrones en un conductor, mientras que, en la conducción térmica, el calor es transportado desde un punto del elemento hasta otro por la vibración de moléculas que se presenta en el mismo debido a la energía que esta incrementada.

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