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 viaja el calor 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 mayor temperatura a otro de menor temperatura. Los átomos de energía más alta (y por lo tanto la temperatura más alta) se mueven hacia los átomos de energía más baja (temperatura más baja) para mantener el equilibrio (conocido como equilibrio térmico). La transferencia de calor se produce para mantener este principio cuando un objeto se encuentra a una temperatura diferente a la de otro objeto o su entorno.
Transferencia de calor por conducción
Cuando las partículas de materia están en contacto directo, el calor se transfiere por conducción. Los átomos adyacentes de mayor energía vibran entre sí, lo que transfiere la mayor energía a la menor energía, o la mayor temperatura a la menor temperatura. Es decir, los átomos de mayor intensidad y mayor calor vibrarán, moviendo así los electrones a áreas de menor intensidad y menor calor. Los fluidos y gases son menos conductores 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, aumenta la transferencia de calor por convección. Dos tipos de convección son la convección natural y la convección forzada. En la convección natural, el movimiento del fluido es el resultado de los átomos calientes en el fluido, donde los átomos calientes se mueven hacia arriba hacia los átomos más fríos en el aire; el fluido se mueve bajo la influencia de la gravedad. Ejemplos de esto incluyen las nubes crecientes de humo de cigarrillo o el calor del capó de un automóvil que se eleva hacia arriba. En la convección forzada, un ventilador o una bomba o alguna otra fuente externa obligan al fluido a viajar sobre la superficie.
Transferencia de calor y radiación
La 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 superiores de educación que se ocupan de la transferencia de calor.