Secundaria Coeficiente de conductividad térmica del aire

[josanagui]

Hola¡. Tengo la siguiente duda acerca de la conductividad térmica del aire, si alguien fuese tan amable de constestarme se lo agradezco de antemano:
Como la conduccción de calor se da entre materiles que no son fluidos, por qué entonces en muchos libros científicos aparece que el aire, que no es un fluido, posee coeficiente de conductividad térmica?
Mil gracias por vuestra atención y vuestro tiempo.

[Alriga]

Re: Coeficiente de conductividad térmica del aire

... Como la conduccción de calor se da entre materiles que no son fluidos, ...

La conducción térmica también se da en gases y es debida a colisiones moleculares de moléculas cercanas entre ellas cuando no hay transporte masivo de moléculas en una dirección, que en ese caso es convección.

El fenómeno es difícil de analizar en profundidad, pero he encontrado este enlace en el que hacen un cálculo aproximado de la conductividad de los gases partiendo de un modelo sencillo: choques entre moléculas rígidas esféricas sin fuerzas interactivas entre ellas, a presiones intermedias, (ni muy altas ni muy bajas): Conductividad Térmica U.A.M.

En textos más sencillos se limitan a poner la expresión

$k \sim n \ \bar c \ \lambda$

$k$ = coeficiente de conductividad térmica

$n$ = número de moléculas de gas por unidad de volumen

$\bar c$ = velocidad media de las moléculas del gas

$\lambda$ = recorrido libre medio de una molécula entre dos colisiones consecutivas

Y señalan que como la velocidad media aumenta con la temperatura, la conductividad también. En cambio, la conductividad térmica del gas no se ve muy influenciada por la presión, ya que la presión hace que aumente $n$ pero disminuye $\lambda$ y ambos efectos prácticamente se compensan.

Se me ocurre que por ejemplo, la conductividad térmica del aire se puede utilizar para calcular las pérdidas de calor en una ventana de doble vidrio con cámara de aire en medio, ya que el gradiente de temperatura no es muy alto y la convección en el aire interior encerrado entre ambos vidrios será por lo tanto pequeña.

Saludos.

[josanagui]

Re: Coeficiente de conductividad térmica del aire

Alriga, muchas gracias por tu respuesta y por tu tiempo. Sólo me surge una duda: ¿entre gases entonces no se da sólo la convección térmica sino que también se da la conducción? Gracias.

[Alriga]

Re: Coeficiente de conductividad térmica del aire

... me surge una duda: ¿entre gases entonces no se da sólo la convección térmica sino que también se da la conducción? ...

Así es, los fluidos además de transferir energía térmica por convección y por radiación, también la transfieren por conducción.

Por ejemplo, aquí puedes ver una tabla con valores del coeficiente de conductividad térmica de muchos gases según sea su temperatura: Thermal conductivity of gases chart

Saludos.

[josanagui]

Re: Coeficiente de conductividad térmica del aire

Gracias Alriga, y para terminar, una última duda y ya te dejo tranquilo. Y entre dos cuerpos sólidos dispuestos uno junto al otro EN EL VACÍO, además de conducción térmica, ¿habría convección y radiación de calor desde las partículas de un cuerpo a las partículas de otro cuerpo? Gracias.

[Alriga]

Re: Coeficiente de conductividad térmica del aire

... Y entre dos cuerpos sólidos dispuestos uno junto al otro EN EL VACÍO, además de conducción térmica, ¿habría convección y radiación de calor desde las partículas de un cuerpo a las partículas de otro cuerpo? ...

Si los dos cuerpos sólidos se tocan, conducción y radiación, (no podrá haber convección, pues no hay fluido a su alrededor si están en el vacío). Si no se tocan y están en el vacío, solo radiación.

Saludos.

[josanagui]

Re: Coeficiente de conductividad térmica del aire

Muchas gracias Alriga, creo que ya lo he pillado. Entonces, si tengo dos cuerpos en contacto uno con otro que se tocan, y todo este sistema está totalmente aislado del exterior de manera que no puede haber intercambio de energía con dicho exterior, entonces, al estar los cuerpo en contacto y tocándose uno al otro, había pues sólo conconducción y radiación térmica entre ellos. No?

Y si tengo un cuerpo rodeado de un fluido, entre dicho cuerpo y el fluido habrá intercambio de calor por conducción, convección y radiación. no?

Perdona por ser tan pesado.

[Alriga]

Re: Coeficiente de conductividad térmica del aire

... si tengo dos cuerpos en contacto uno con otro que se tocan, y todo este sistema está totalmente aislado del exterior de manera que no puede haber intercambio de energía con dicho exterior, entonces, al estar los cuerpo en contacto y tocándose uno al otro, había pues sólo conducción térmica entre ellos. No? ...

a) Si rodeas los dos cuerpos con un "aislante" y ese aislante es material, tendrá un coeficiente de conductividad determinado, por muy pequeño que sea el coeficiente no será cero, y si el aislante no es de dimensiones infinitas, habrá perdidas por conducción, aunque muy pequeñas a través del "aislante"

b) Si los dos cuerpos está rodeados del vacío, además de transferirse calor el uno al otro por conducción a través de la superficie de contacto, cada uno de ellos perderá calor por radiación al espacio.

.. Y si tengo un cuerpo rodeado de un fluido, entre dicho cuerpo y el fluido habrá intercambio de calor por conducción, convección y radiación. no? ...

Sí, así es

Saludos.