10. Equilibrio térmico y transferencia

Consigna

Definí equilibrio térmico y distinguí conducción, convección (natural/forzada) y radiación con un ejemplo de cada una.

Equilibrio térmico

Dos sistemas en contacto (o capaces de intercambiar energía) alcanzan equilibrio térmico cuando dejan de haber transferencia neta de calor: quedan a la misma temperatura. El mate sobre la mesa se enfría porque cede energía al aire y a la mesa hasta acercarse a la T ambiente.

Mecanismos de transferencia

Conducción

Transferencia por contacto a través de un material, sin transporte neto de materia. Típico en sólidos. El mango metálico de una olla se calienta porque la energía “viaja” por la red del metal.

Fourier (conceptual, sin práctica de cálculo): el flujo de calor por conducción es mayor si la diferencia de temperatura es mayor, si el material es buen conductor y si el camino es corto/grueso. No hace falta la fórmula completa en este techo curricular.

Convección

Transferencia asociada al movimiento de fluidos (líquidos o gases).

• Natural: el fluido se mueve porque se dilata al calentarse y cambia de densidad (aire sobre una estufa, corrientes en una olla).
• Forzada: un ventilador, una bomba o el airfryer impulsan el fluido.

En la atmósfera y el mar la convección redistribuye energía a gran escala. Las islas de calor urbanas: la ciudad queda más tibia que el campo por materiales, geometría y menor ventilación.

Radiación

Transferencia por ondas electromagnéticas (incluso en el vacío). El Sol calienta la Tierra sin “tocarla”. Un brasero calienta la cara aunque el aire aún esté fresco.

Ángulo y latitud (sin fórmula): a mayor inclinación de los rayos (invierno / altas latitudes), la misma energía se reparte en más superficie y calienta menos. No se pide la ley de Stefan–Boltzmann.

Fuera de techo: Stefan–Boltzmann, temperatura de Curie, termómetros de resistencia avanzados.

Experiencias sugeridas

1. Dos recipientes con agua caliente y fría; termómetro hasta igualar (equilibrio).
2. Tocar (con cuidado, supervisión) una cuchara metálica y una de madera en agua tibia.
3. Observar humo o vapor sobre una taza: convección natural.

Autoevaluación

1. El Sol calienta la piel principalmente por:

• a) Conducción a través del vacío.
• b) Radiación.
• c) Convección forzada del vacío.