El calor es un componente importante de los cambios de fase relacionados con el trabajo y la energía. La transferencia de calor puede definirse como el proceso de transferencia de calor desde un objeto a mayor temperatura a otro objeto a menor temperatura. Por tanto, el calor es la medida de la energía cinética que poseen las partículas de un sistema determinado. Cuando la temperatura de un sistema aumenta, la energía cinética de las partículas también aumenta. Por lo tanto, la medida del calor de un objeto cambia con el tiempo debido a muchas razones. En este artículo, discutiremos la Fórmula de Transferencia de Calor con ejemplos.
Concepto de transferencia de calor
Cuando un sistema se pone en contacto con otro sistema con baja temperatura, la energía se transfiere de las partículas del primer sistema al segundo. Por lo tanto, hay muchas ocasiones en las que el calor se transfiere de un objeto a otro.
De acuerdo con la definición de capacidad calorífica específica, podemos decir que, la cantidad total de calor que tiene que ser suministrada a una unidad de masa del sistema. Por lo tanto, para aumentar la temperatura en un grado Celsius.
La fórmula de la transferencia de calor
Consideremos un sistema de masa m Kg. Para calcular la relación entre los aumentos de temperatura con la cantidad de calor suministrada, tenemos que multiplicar el calor específico del sistema por la masa del sistema y el aumento de la temperatura.
El calor transferido de un sistema a otro viene dado por la siguiente ecuación
Q = m × c × ΔT
Donde,
- Q – Calor transferido
- m – Masa
- c – Calor específico
- ΔT – Diferencia de temperatura
Aquí, Q es el calor suministrado al sistema, m es la masa del sistema, c es la capacidad calorífica específica del sistema y ΔT es el cambio de temperatura del sistema.
La transferencia de calor se produce a través de tres procesos diferentes que son, Conducción, Convección y Radiación.
El calor se transfiere por el proceso de conducción
- Q – Calor transferido
- K – Conductividad térmica
- THot – Temperatura caliente
- TCold – Temperatura en frío
- t – Tiempo
- d – Espesor del material
- A – Área de la superficie
Calor transferido por el proceso de convección
Q = HCA(THot – TCold)
Donde:
- Q – Calor transferido
- HC – Coeficiente de transferencia de calor
- THot – Temperatura caliente
- TCold – Temperatura del frío
- A – Área de la superfici
El Calor transferido por el proceso de radiación
Q=σ(THot – TCold)A
Donde:
- Q – Calor transferido
- σ – Constante de Stefan Boltzmann
- THot – Temperatura caliente
- TCold – Temperatura fría
- A – Área de la superficie
Ejemplos de ejercicios resueltos
Ejemplo: Un sistema de peso 7 Kg se calienta desde su temperatura inicial de 30∘C hasta su temperatura final de 60∘C. Encuentre el calor total obtenido por el sistema. Tenga en cuenta que el calor específico del sistema es de 0,45 kJ por Kg K.
Solución:
Temperatura inicial del sistema, Ti=30∘C,
Temperatura final del sistema, Tf=60∘C,
Masa del sistema, m = 7 kg,
El calor total ganado por el sistema puede calcularse utilizando la fórmula de transferencia de calor que se indica:
Q=m×c×ΔT
Q=m×c×(Tf-Ti)
por lo que
Q=7×0.45×(60-30)
Q=7×0.45×30
por lo tanto
Q=94,5J
Por lo tanto, el calor total obtenido es de 94,5 Joules.