Biofísica 3 Termodinámica (20) 14. Transmisión de calor

 a)     En invierno, algunas personas acostumbran dormir acurrucados y no con el cuerpo totalmente extendido sobre la cama. Explique cómo influye la posición del cuerpo en la transmisión de calor al medio ambiente.

 

 El cuerpo acurrucado disminuye el área de piel expuesta a la temperatura exterior (fría en el invierno).

 

Q/Δt = k A ΔT / Δx (Ley de Fourier)

donde
Q/Δt = flujo de calor =  calor / intervalo de tiempo
k = constante de conductividad térmica
A = sección en contacto con la diferencia de temperatura
ΔT = diferencia de temperatura entre los extremos
Δx = longitud (espesor)

Al disminuir el área (A) à disminuye el flujo (Q/Δt)  à se conserva el calor 

b)    Las estufas se colocan en la parte inferior de las habitaciones. ¿Por qué? Realice un esquema gráfico que justifique su respuesta.

 

 

La estufa calienta el aire circundante.

Ese aire caliente es más liviano que el aire frío de la habitación y asciende.

El lugar vacante que deja al irse hacia arriba es ocupado por el aire frío que baja.

Este se calienta y asciende; y así sucesivamente. Produciendo una corriente de convección que hace circular el aire de la habitación.

 

 c)     En las zonas muy frías, en las ventanas se utilizan dos vidrios separados algunos centímetros entre sí donde se confina una capa de aire estanco. ¿Cómo influye esta estructura en la transmisión del calor? Si la separación entre ambos vidrios se incrementa y se permite el movimiento del aire, ¿qué sucede con el aislamiento?

 

El aire es un excelente aislante térmico, más eficiente que el vidrio. La disposición de un sándwich de aire entre dos vidrios logra colocar una capa de aislante eficiente para que el calor de una casa no se escape por las ventanas por más cerradas que se mantengan.

 

 d)    En los calefones el agua se calienta al pasar por una serpentina en contacto con los quemadores. ¿Por qué se utiliza para transportar el mismo caudal, una serpentina larga y angosta y no, un conducto más ancho y corto?

 

La serpentina da a la masa de agua mayor superficie de contacto con el calor de la llama. Al maximizar la superficie hace más eficiente el intercambio de calor. Al revés que el ítem a.

Al aumentar el área (A) à aumenta el flujo (Q/Δt) à aumenta el calor 

 

e)     Dos vasos con agua, iguales, uno de plástico y uno de aluminio quedan toda la noche en una heladera, por lo que tienen igual temperatura. ¿Por qué razón, al tomarlos entre las manos, el de aluminio se siente más frío que el de plástico?

 

 La sensación de caliente o frío se relaciona con la velocidad de conducción de calor, entonces se siente más frío cuando se toca un vaso de aluminio que conduce más eficientemente que el plástico.

 

 f)    Una nave espacial en órbita, ¿intercambia calor por conducción, por convección o por radiación?

  

La nave espacial está rodeada de vacío por lo tanto la única forma de transmisión de calor es por radiación.

No hay conducción ni convección porque no hay materia (vacío).

 

 g)     Un cuerpo absorbe el 90 % de la radiación que incide sobre él ¿Es razonable decir que se trata de un buen emisor?

 

El coeficiente de emisividad es igual tanto para absorción de energía (90%) cuanto para emisión. Es un buen emisor de radiaciones.

 

 h)      ¿Porqué la sensación térmica puede ser de 2 ºC un día que el termómetro indica que la temperatura ambiente es 7 ºC?

 

Se llama sensación térmica a la sensación de frío o calor que siente una persona según una combinación de parámetros meteorológicos

La sensación térmica en invierno depende de la combinación de temperatura y viento, ya que son estos factores los que aumentan la sensación de frío: la diferencia entre la temperatura de la piel (32º) y la del aire, y el efecto del viento, que acelera la pérdida de calor del cuerpo.

La sensación térmica se calcula para valores de temperatura inferiores a 10 ºC.

 

La sensación térmica en verano depende de la combinación de temperatura y humedad relativa. En días calurosos, una humedad relativa alta aumenta la sensación de calor, ya que la evaporación del sudor, que es el principal medio para disminuir el calor corporal, se ve dificultada por el exceso de humedad presente en el aire.

En verano la sensación térmica se calcula para valores de temperatura a partir de 20ºC.

 

 g)     Al final del día, las superficies del suelo y del lago cercano están a la misma temperatura ¿Cuál se enfría más rápidamente durante la noche?

 

 Q = m c ∆T

 

Donde

Q = calor cedido

.m = masa

ce = calor especifico

∆T = variación de la temperatura

 

Calor específico del agua = 4,18 J/gr °C

Calor especifico del suelo = 0,80 J/gr °C 

 

Agua: Q = m 4,18 J/gr °C ∆Ta

Suelo: Q = m 0,80 J/gr °C ∆Ts

 

Igualando y despejando ∆Ts

∆Ts = (4,18 J/ gr °C / 0,80 J/gr°C ) ∆Ta  = 5,2 ∆Ta