La conductividad es la capacidad de un cuerpo o material para transmitir calor. Al hacerlo, se mueve a través de un objeto sólido o de un objeto a otro, porque ambos están en contacto entre sí. Esta es la única manera de que el calor pase a través de todo el cuerpo. Surge la pregunta: "¿Cómo conducen el calor el aire y otros materiales?" ¡Descúbrelo en el artículo!
Conductividad térmica
La capacidad de transferir calor dentro de un objeto se denomina conductividad térmica. Esta propiedad se denota con la letra k, y se mide en W/(m × K). Los valores de conductividad térmica varían para diferentes materiales. Entonces, el oro, la plata y el cobre tienen una alta conductividad térmica. Por cierto, estos materiales también son buenos conductores de electricidad. ¿Cómo conduce el calor el aire? La respuesta es breve: es un mal conductor. La alta conductividad del oro, la plata y el cobre se debe a que los electrones responsables de la transferencia de carga también participan en la transferencia de energía térmica.
Pero los materiales como el vidrio y la lana mineral tienen una baja conductividad térmica. Esto se explica por el hecho de que tienen muy pocos electrones "libres" para la transferencia de energía térmica en el interior del sólido. Los materiales de este tipo se denominan aislantes. La tasa de transferencia de calor (es decir, la tasa de movimiento de la energía térmica) depende directamente de la conductividad térmica, la diferencia de temperatura y el área de contacto y el material que posee el cuerpo. Por la misma razón, no se puede decir que el aire conduce bien el calor.
Si el material es un buen conductor del calor, se mueve rápidamente a través del cuerpo. Los metales se utilizan ampliamente para fines de transferencia de calor, ya que tienen propiedades que permiten que el calor circule y, al mismo tiempo, soportan las temperaturas extremas asociadas con el calentamiento.
Son los electrones los responsables de la transferencia de energía térmica, así como de la carga eléctrica. ¡Por lo tanto, los metales son buenos conductores del calor y la electricidad! Aquí es donde radica la respuesta a la pregunta: “¿Por qué el aire es un mal conductor del calor?”
Sin embargo, no confunda la conductividad eléctrica (que está relacionada con la carga de los electrones) con la conductividad térmica (que está relacionada con la transferencia de energía de los electrones).
Lo demostramos por experiencia
Intenta sostener un extremo de una varilla de metal sobre una llama; después de unos minutos, se calentará.
Ahora sostenga el extremo de un palo de madera en una llama y el extremo se calentará tanto que finalmente se incendiará. Sin embargo, el extremo del palo para el queaguanta, mantente relativamente tranquilo.
El calor no se propaga por todo el volumen del cuerpo debido a su composición: su estructura dificulta que los electrones transfieran calor a través del material.
Así, la experiencia cotidiana demuestra que la madera no es un buen conductor del calor. Si alguna vez has visto una sección de madera bajo el microscopio, probablemente hayas notado la estructura de la madera: está formada por células individuales que actúan como aislantes porque no están interconectadas. Las células están dispersas como piedras en un arroyo. El calor viaja mucho más lentamente a través de un material de este tipo que en los metales, donde los átomos están unidos en una "red" tridimensional.
El aire es un mal conductor del calor. La experiencia de la vida cotidiana muestra: recuerda la estructura de las ventanas. Siempre consisten en al menos dos vasos, entre los cuales hay un "colchón" de aire. Esta capa ayuda a mantener el calor en la habitación sin dejarlo salir.
Entonces, si la energía térmica se aplica directamente a una parte de un objeto sólido, los electrones del objeto se excitan. Esto da como resultado vibraciones de red atómica que viajan a través del objeto, elevando la temperatura a medida que pasan. Cuanto más cerca estén los enlaces dentro de un sólido, más rápida será la transferencia de calor.
Los líquidos son malos conductores del calor
Si fijas un cubo de hielo en el fondo de un tubo de ensayo con agua (necesitas usar un peso para hacer esto, de lo contrario flotará en la superficie, por lo quecomo el hielo tiene una densidad más baja que el agua) y luego caliente el agua en la parte superior del tubo, encontrará que el agua hervirá en la parte superior del tubo y el cubo de hielo permanecerá congelado.
Esto se debe a que el agua es un mal conductor del calor. La mayor parte del calor se moverá en una corriente de convección dentro del agua en la parte superior del tubo, solo una pequeña parte se hundirá en el cubo de hielo.
¿Cómo conduce el aire el calor?
El aire es una colección de gases. Aunque es excelente para la convección, la cantidad de calor que puede transferir es mínima porque la pequeña masa de materia no puede almacenar mucho calor, por lo que no se considera un buen conductor. Las propiedades aislantes del aire son utilizadas por la humanidad en la vida cotidiana. Por lo tanto, se utilizan para aislar refrigeradores en las paredes de un edificio. Incluso el trabajo de un termo se basa en el hecho de que el aire no conduce bien el calor. ¡Realmente hay muchos ejemplos!
Entonces, ¿qué está causando este fenómeno? Debido a que el aire no es denso, hay una cierta cantidad de masa disponible para transferir energía térmica por conducción. Por lo tanto, es un mal conductor, pero un excelente aislante. Sin embargo, la respuesta a la pregunta: "¿El aire conduce el calor?" - No tan inequívoco. Entonces, considere los siguientes fenómenos.
La radiación es la transferencia de energía a través de ondas o partículas excitadas. El aire crea un hueco térmico que no permite que la energía térmica lo supere. El calor debe ser irradiado desde la superficie apartículas de aire, entonces debe ser irradiado desde el aire a la superficie opuesta. El calor se mueve muy lentamente entre los tres materiales y la mayor parte de la energía térmica transferida se absorbe en el aire.
La convección es el movimiento de calor a través de un líquido o gas debido a una disminución en la densidad debido a la absorción de calor. En este caso, las propiedades del aire se vuelven extremadamente útiles. También se mueve hacia arriba transfiriendo calor desde un contenedor o espacio aislado. Por lo tanto, la convección se usa para eliminar el calor y se puede usar para enfriar la superficie. La distribución de calor a través de la convección en el aire es algo ineficiente, sin embargo, se usa para muchos propósitos de enfriamiento. Sí, el aire es un mal conductor del calor.
Ejemplos de aislamiento
El aislamiento se utiliza para muchos fines. Algunos de estos incluyen enfriar bebidas y alimentos, crear espacios de aire en las paredes e introducir bolsas de aire en los utensilios de cocina. Las características de cómo el aire conduce el calor se aplican incluso a la espuma aislante.
Conclusión
La conductividad es el paso del calor a través de un cuerpo sólido. Se diferencia del fenómeno de la convección en que no se produce ningún movimiento de materia en el proceso. Ahora sabemos si el aire conduce bien el calor y por qué.
