En física: proceso por el que se intercambia energía en
forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo
cuerpo que están a distinta temperatura.
El calor se transfiere mediante convención, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener
lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre
los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una
casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un
quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la tierra recibe
calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es
la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que
aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por
conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la
conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento
de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia
de temperatura.
Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos
también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático
francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce
como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la
velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección
transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo
(con el signo cambiado).
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un
líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido.
Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso
llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado.
Si se
calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele
disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido
más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más
denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no
uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural.
La convención forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones,
con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de
fluidos.
RADIACIÓN
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a
la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen
que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La
radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos
relacionados con ondas electromagnéticas.
Algunos fenómenos de la radiación
pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación
general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica.
En 1905, Albert Einstein sugirió que la radiación presenta a veces un comportamiento.
cuantizado: en el efecto fotoeléctrico, la radiación se comporta
como minúsculos proyectiles llamados fotones y no como ondas. La naturaleza
cuántica de la energía radiante se había postulado antes de la aparición del
artículo de Einstein, y en 1900 el físico alemán Max Planck empleó la teoría
cuántica y el formalismo matemático de la mecánica estadística para derivar una
ley fundamental de la radiación.
La expresión matemática de esta ley, llamada
distribución de Planck, relaciona la intensidad de la energía radiante que
emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del
cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo de
energía radiante.
Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación
ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una
intensidad algo menor.
