Cómo se transmite la energía térmica en la materia y el vacío

Mecanismos de Transferencia de Calor

Conducción

La conducción se presenta principalmente en sólidos y, en menor medida, en líquidos y gases. Si en una pared continua existe una diferencia de temperatura, el calor fluye sin que se observe un flujo de materia. Este fenómeno ocurre a nivel molecular y corresponde a un transporte de cantidad de movimiento de las moléculas individuales a lo largo de un gradiente de temperatura.

En los sólidos, la conducción se debe a la combinación de las vibraciones de las moléculas, ubicadas en posiciones más o menos fijas de una red cristalina, y al transporte de energía por parte de los electrones libres. Este proceso se rige por la Ley de Fourier.

Convección

La convección es un mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de una sustancia. Puede clasificarse de la siguiente manera:

• Convección natural: Producida únicamente por diferencias de densidades de la materia.
• Convección forzada: Cuando la materia es obligada a moverse de un lado hacia otro mediante agentes externos, como por ejemplo un ventilador o una bomba para mover agua.

La convección está presente en líquidos y gases, donde las moléculas están libres de moverse en ese medio. Este mecanismo se rige por la Ley de Enfriamiento de Newton.

Radiación

La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones) como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. La radiación térmica es, específicamente, la energía emitida por los cuerpos de acuerdo a su temperatura.

En este proceso participan dos elementos clave:

• Cuerpo emisor: Emite energía radiante a expensas de su energía interna. Generalmente, si no recibe energía externa, este proceso se transforma en un descenso de su temperatura.
• Cuerpo receptor: Asimila esa energía y aumenta su energía interna, de modo que, si no hay transmisión de la misma, esa recepción se transforma en un aumento de temperatura.

Para que esto ocurra, el espacio entre los dos cuerpos debe ser transparente a esa radiación; no se necesita ningún medio continuo material entre los dos cuerpos. Esta es 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 el vacío.

Es el proceso por el cual la energía se transmite mediante ondas electromagnéticas y se rige por la Ecuación de Boltzmann.