Enciclopedia de Conocimientos Fundamentales
UNAM ˜ SIGLO XXI


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6.1.3 ¿Por qué los objetos de metal y madera se sienten a diferente temperatura?

En esta sección vamos a explicar la razón de por qué los objetos de metal y de madera se sienten a temperaturas diferentes, lo que da origen a malentendidos como los que afirman que en una habitación hay objetos calientes y objetos fríos. Es común encontrarse con afirmaciones del estilo: "los metales son fríos, las telas o la madera son calientes".

Para ello hay que reconsiderar el experimento de conducción de energía por calor, por medio de una barra de cobre y una de asbesto. Al poner uno de los extremos en la flama, sube inmediatamente su temperatura, creándose una diferencia de temperatura con respecto al otro extremo, el alejado de la flama.

En la figura 3 (p. 124), Δt = td – ti es la diferencia de temperatura entre el extremo derecho y el extremo izquierdo de la barra de longitud L = xd – xi. Esta diferencia se establece como consecuencia del paso de energía por calor Q a través de la barra con área transversal A. Experimentalmente, se encuentra que la rapidez con la que la energía por calor se transmite está dada por:

fomulatiempo
barrametalica
Figura 3. Conducción por calor en una barra metálica.

Esta potencia es más grande cuanto mayor son los tres factores siguientes:

• El grueso de la barra, o lo que es lo mismo, su área transversal A;

• la variación longitudinal de temperaturas en la barra, entre los extremos derecho e izquierdo imagenal, y

• la conductividad térmica del material, K.

Es decir, qtiempo es proporcional al producto de los tres factores anteriores:

atk

Ahora bien, como la energía por calor Q pasa del extremo izquierdo al derecho, en la dirección positiva del eje de las x's, mientras que la temperatura disminuye hacia la derecha (o sea, que Δt es negativo), tendremos que escribir un signo (–) enfrente de los tres factores:

qktiempo

Las unidades de Q/tiempo son joule/s = watt = W.

De esta expresión se ve que las unidades de la conductividad térmica K deben ser:

formulakqtiempo

El símbolo °C significa "grado centígrado o Celsius", que es la unidad de temperatura en la escala de Celsius, que se definirá más adelante.

La conductividad térmica K de la madera o de una colcha es mucho menor que la conductividad térmica de un metal (hierro, por ejemplo). Por esto, al tocar con la mano uno u otro material, la cantidad de energía que por calor Q se transfiere entre ambos (la mano y el material), en un tiempo dado, será muy diferente: mayor en el caso del metal que en el de la madera. Por esta razón, las sensaciones térmicas provocadas en la persona serán muy diferentes, de acuerdo con la temperatura corporal, la cual puede ser mayor o menor que la temperatura del ambiente:

a] Primer caso: temperatura ambiente < temperatura corporal.

La madera y el metal están a la misma temperatura que el ambiente. En este caso, ambos materiales tienen menor temperatura que el cuerpo, por lo que se infiere que la energía por calor se transfiere de las manos a los materiales, pero más rápidamente hacia el metal que hacia la madera, dando así la sensación de que "el metal es más frío que la madera".

b] Segundo caso: temperatura ambiente > temperatura corporal.

Ahora, la energía por calor se transfiere de la madera y del metal hacia la mano; pero, como antes, la cantidad de energía por calor transferida del metal es mayor que la de la madera, dando así la sensación de que "el metal es más caliente que la madera".

En resumen, el metal se siente más frío que la madera cuando la temperatura ambiental es menor que la corporal; en caso contrario, el metal se siente más caliente que la madera.


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