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Cuando se ponen en contacto dos objetos que están a distinta temperatura, el que está más caliente tiende a enfriarse y el que está más frío tiende a calentarse hasta que sus temperaturas se igualan. Es el llamado Principio cero de la Termodinámica.
A la energía que se transfiere desde el objeto caliente hacia el frío se denomina calor, se representa por la letra Q y se suele medir en calorías (cal), aunque la unidad en el SI es el julio (J). La equivalencia entre ambas unidades se denomina equivalente térmico del trabajo: 1 cal = 4,18 J (o su inversa 1 J = 0,24 cal).
Para esta transferencia de calor, se distinguen tres mecanismos: conducción, convección y radiación.
TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN
Se produce una conducción cuando el objeto caliente y el frío están separados por una materia sólida. Por lo tanto, la transferencia de calor se produce a través de ese objeto material, pasando energía desde el extremo que está a mayor temperatura hacia el de menor temperatura. Esta conducción se produce por transferencia de energía de vibración de una molécula a otra.
Sigamos razonando: el sólido tiene sus extremos a distinta temperatura, y se transfiere energía del extremo a mayor temperatura hacia el de menor temperatura. Este calor dependerá del material de que sea el objeto material, y será mayor cuanto mayor sea la diferencia de temperaturas, más grueso y más corto sea el objeto, y, desde luego, cuanto más tiempo pase. Esto se escribe según la expresión:
Q = k · S/d · (TA - TB) · t
en la cual, los valores que intervienen son:
k = coeficiente de conducción térmica, dependiente del material que sea
S = superficie transversal del sólido
d = distancia entre los extremos
TA= temperatura más alta en los extremos
TB= temperatura más baja en los extremos
t = tiempo
TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN
Cuando un fluido, ya sea gas o líquido, está en contacto con una superficie a alta temperatura, se calienta (sufriendo una dilatación y, por tanto, asciende) al absorber calor, y se enfría (descendiendo) cuando deja calor en una zona de menor temperatura. Estos ascensos y descensos del fluido constituyen las llamadas corrientes de convección, y el proceso de transmisión de calor que se produce se llama convección.
El calor que se libera desde una superficie a temperatura alta al ambiente que la rodea, que está a una temperatura inferior, depende en primer lugar del fluido presente, y es tanto mayor cuanto más amplia sea dicha superficie, mayor sea la diferencia de temperaturas y más tiempo transcurra, es decir:
Q = h · S · (TA - TB) · t
Y los valores de la fórmula son:
h = coeficiente de convección del fluido
S = superficie de contacto
TA = temperatura más alta
TB = temperatura más baja
t = tiempo
RADIACIÓN
Radiación es la energía que libera por medio de ondas electromagnéticas cualquier cuerpo que se encuentre a una temperatura T, y que no necesita ningún medio material ni fluido para propagarse. Viene a ser algo así como una luz de alta energía y, por ejemplo, es lo que se siente cuando tomamos el sol.
El calor que emite por radiación una superficie (de un objeto, por ejemplo) se cuantifica mediante la expresión:
Q = e · S · T4 · t
Con los valores siguientes:
e = coeficiente de emisividad
S = superficie del cuerpo
T = temperatura absoluta del objeto (en grados Kelvin)
t = tiempo
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