Ley de Fourier. Descripción general de la ley de Fourier

Cuando estudiamos la transmisión de calor por conducción vimos que este proceso de transferencia de calor ocurre a través de todo el material a través del intercambio de energía entre partículas cercanas, es decir, entre partículas adyacente. El mecanismo de conducción ocurre cuando las moléculas o átomos que están a una temperatura más alta transfieren parte de la energía a moléculas cercanas o átomos que tienen una energía más baja. Por lo tanto, decimos que la energía se transfiere de la región de alta temperatura a la región de baja temperatura. La conducción térmica tiene como objetivo el equilibrio térmico del material.

Ahora vamos a presentar la ley que rige la conducción térmica, también conocida como ley de Fourier. Lleva el nombre del científico que estudió por primera vez en detalle la transmisión de calor por conducción.

En la figura de arriba tenemos una barra de metal conectada a dos recipientes, uno que contiene agua hirviendo y el otro que contiene una mezcla de agua y hielo. En la figura vemos que la barra está aislada lateralmente.

Joseph Fourier, a través de experimentos, logró observar que la temperatura varía linealmente a lo largo de la barra, es decir, de un extremo al otro. Por lo tanto, el flujo de calor  a lo largo de la barra es proporcional al área de la sección A de la barra y la diferencia de temperatura, ΔT = T_F - T_I, entre los dos extremos; e inversamente proporcional a la longitud, L, de la barra. Vea la figura a continuación:

Podemos definir matemáticamente que el flujo de calor no es más que el cociente de calor Q transmitido de una cara a otra en un rango de temperatura. Entonces, el flujo de calor se define por:

Analíticamente, la ley de Fourier, o ley de conducción térmica, se puede expresar como:

En la ecuación anterior, k es una constante dependiente del material y se llama conductividad térmica de material. El valor de este coeficiente es alto para buenos conductores de calor; y baja para conductores defectuosos, conocidos como aislantes térmicos.

Por Domitiano Marques
Licenciada en Física