Divulgación Conducción vs convección

[kasio]

Cuando hay intercambio de calor entre fluidos o un objeto y un fluido, se da convección. Pero parte del calor se transfiere por convección por la diferencia de densidad del fluido y parte por conducción a nivel atómico entre las partículas de fluido que chocan contra las del objeto y les cede calor.
La pregunta es ¿cuál de los 2 mecanismos transfiere más calor?

Gracias

[The Higgs Particle]

Re: Conducción vs convección

En un fluido que yo sepa sí que es así, aumento de la energía cinética y de los choques entre las partículas. En un sólido como un trozo de hierro creo que era por la transferencia de electrones en vez de por los choques (y más complicado aún con los no metales). La temperatura es, por lo tanto, una medida de la energía cinética e las partículas.

Tu pregunta es difícil de responder puesto que hay muchas variables que intervienen. Te pongo las fórmulas que vi para que te hagas una idea, pues depende del material, tamaño de las superficies que pones en contacto...

En el caso de la convección tenemos:

$\boxed{\frac{dQ}{dt} = h \cdot S \cdot (T_c - T_f )}$

donde $h$ es el coeficiente de convección, $S$ es el área de la porción del material en contacto , $T_c$ es la temperatura del cuerpo y $T_f$ es la del fluido.


Y en el caso de la conducción:

$\boxed{\frac{dQ}{dt}= \frac{\lambda \cdot S \cdot (T_2 - T_1)}{\delta}}$

Aquí $\lambda$ es es la conductividad térmica (específica de cada material), $S$ es el área de la superficie en contacto, $\delta$ es el espesor, $T_2$ es la temperatura del cuerpo más caliente y $T_1$ la del menos caliente.

[Julián]

Re: Conducción vs convección

En cualquier sólido la conducción y la transmición entre momentos de las moléculas siempre median los electrones. Y entre estos fotones y el principio de exclusión de pauli.
Sin duda y por experiencia, en los fluidos la mayor transferencia de calor se da por la convección debido a que las moléculas están separadas por distancias mayores a su dimensiones y al aumentar la temperatura y por lo tanto su energía cinética promedio aumenta su densidad, realizando y por ayuda de la fuerza gravitatoria un desplazamiento ascendente. A medida que aumenta la densidad y viscosidad de un fluido aumenta la transferencia por conducción.

Pero claro si quieres tener certeza, has tablas con datos de diferentes materiales que The Higgs particle suministró.

[kasio]

Re: Conducción vs convección

No termino de entender por qué me dices que transmite más calor en fluido-fluido que en fluido-sólido.
Estaba pensando en una forma de comprobar cual transmite más energía, midiendo la temperatura. Podría poner un termómetro en objeto sumergido para medir su temperatura y otro en el seno del fluido en la parte de arriba o central para medir el calor de transmisión entre fluidos. Pero claro, aquí se presenta un problema porque si metes un termómetro que es sólido en el fluido estás midiendo la relación fluido-sólido y no fluido-fluido. ¿Cómo puedo comprobar la energía transmitida entre fluidos?

[Julián]

Re: Conducción vs convección

En un sólido no se da la transmición de energía términa mediante por convección.

La energía transferida es el calor. $Q = m \int c dT \approx m c \Delta T$. Para diferenciar cuanto calor se transmitió por convección y conducción the higgs particle te dio las ecuaciones.

https://es.wikipedia.org/wiki/Calor_específico

Y como $mc = C$. También puedes utilizar la capacidad calorífica.
https://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calorífica

[kasio]

Re: Conducción vs convección

Sin duda y por experiencia, en los fluidos la mayor transferencia de calor se da por la convección debido a que las moléculas están separadas por distancias mayores a su dimensiones y al aumentar la temperatura y por lo tanto su energía cinética promedio aumenta su densidad, realizando y por ayuda de la fuerza gravitatoria un desplazamiento ascendente. A medida que aumenta la densidad y viscosidad de un fluido aumenta la transferencia por conducción.

Me refería a que no llego a imaginarme cómo puede transmitirse, como tu dices, más entre el fluido que entre el fluido y el sólido.
Por ejemplo tengo una cucharilla dentro de una taza de café caliente. Me imagino que en la capa café-cucharilla haya partículas a nivel atómico del café que choquen con la de la cucharilla y y le transmita calor; y también me imagino que el café caliente ascienda y vaya calentando el café que se encuentra en el medio y arriba. Pero no me imagino el hecho de que el segundo mecanismo transmita más.

Estaba pensando en una forma de comprobar cual transmite más energía, midiendo la temperatura. Podría poner un termómetro en objeto sumergido para medir su temperatura y otro en el seno del fluido en la parte de arriba o central para medir el calor de transmisión entre fluidos. Pero claro, aquí se presenta un problema porque si metes un termómetro que es sólido en el fluido estás midiendo la relación fluido-sólido y no fluido-fluido. ¿Cómo puedo comprobar la energía transmitida entre fluidos?

Con esto lo que quería decir es que hallar la temperatura del fluido con un termómetro no sería 100% fiable, porque aún estando el termómetro y la cucharilla dentro del mismo café en el mismo instante, dejándolos un rato para que se calienten, no van a estar la misma temperatura el café la cucharilla y el termómetro, porque uno conducirá mejor el calor que el otro y tendrán diferentes temperaturas, y con el café igual por ser un medio diferente.
Gracias.

[The Higgs Particle]

Re: Conducción vs convección

Partamos del hecho de que la conducción tiene lugar principalmente en sólidos, cuando las partículas están muy juntas entre sí. En el caso de hidrógeno a 100 ºC, por ejemplo, la forma de transferencia de calor es la convección, puesto que las partículas están muy separadas entre sí (no están lo suficientemente cerca como para que tenga lugar la conducción).
Por lo tanto, inicialmente en el café es la convección la forma de calor que predomina (como el café está muy caliente, las partículas están muy alejadas entre sí y de las partículas de la cuchara):

Sin embargo, a medida que la temperatura va disminuyendo, va aumentando la densidad y la viscosidad del café (las partículas se van acercando más entre sí y hacia las que forman la cuchara) y, por lo tanto, cada vez se va transmitiendo más calor por conducción:

Si la temperatura siguiera disminuyendo, el café se haría sólido y, por lo tanto, la única forma de calor que habría sería la conducción.

Julián, corrígeme si te he entendido mal, por favor.
Y perdonad mis cutres dibujos con el Paint