Imagen: El calor producido en el núcleo del Sol es transportado a la superficie por convección y radiación.
La convección transfiere átomos de gas desde el núcleo a 15 millones de Kelvin a la superficie (fotosfera) a 6000 K a través de las diferentes capas del Sol. Este movimiento de gas caliente es visible en la superficie del Sol en forma de celdas de convección.
La transferencia de calor radiante ocurre cuando los fotones gamma creados en el núcleo interactúan con los electrones de los átomos de gas caliente que se mueven hacia la superficie. Estas interacciones repetidas eventualmente transfieren calor a la superficie del Sol, donde finalmente se irradia al espacio como luz visible y calor infrarrojo, con una temperatura efectiva de 5500 a 6000 Kelvin.
El calor y la temperatura son dos conceptos diferentes en termodinámica pero estrechamente relacionados.
La temperatura es una medida de la agitación molecular de un objeto, mientras que el calor es una forma de energía que se transfiere entre dos cuerpos con diferentes temperaturas. Así, la temperatura es una cantidad intensiva que depende únicamente del estado termodinámico de un objeto, mientras que el calor es una cantidad extensiva que depende de la cantidad de materia y de la variación de temperatura.
En otras palabras, la temperatura mide la agitación térmica promedio de las moléculas en un objeto, mientras que el calor mide la cantidad de energía transferida entre dos objetos con diferentes temperaturas.
La temperatura es una cantidad física que mide la agitación molecular de un cuerpo o un sistema.
Esta agitación térmica corresponde al movimiento aleatorio de las moléculas que está directamente relacionado con la temperatura del cuerpo o del sistema. En pocas palabras, esta cantidad se puede medir en grados Celsius (°C) o en Kelvin (K) usando un termómetro.
La ecuación de la temperatura de agitación térmica de un cuerpo corresponde a la energía cinética media de las partículas.
E = ½m v² donde E es la energía cinética promedio de una partícula, m su masa y v su velocidad promedio.
De acuerdo con la teoría cinética de los gases, la siguiente ecuación muestra que la velocidad de las partículas en un gas aumenta con la temperatura.
v = sqrt((3*k*T)/m) donde T es la temperatura del gas, k es la constante de Boltzmann (1,38 x 10^-23 julios por kelvin) y m es la masa de la partícula.
La siguiente ecuación muestra que la energía cinética promedio de las partículas de un gas es proporcional a la temperatura absoluta T. Por lo tanto, la temperatura de agitación térmica está directamente relacionada con la temperatura del sistema.
E = (3/2) * k * T donde E es la energía cinética, T es la temperatura del gas, k es la constante de Boltzmann.
El calor es una forma de energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia de temperatura.
El calor se mide en julios (J) o calorías (cal), una caloría equivale aproximadamente a 4,184 julios. Se transfiere por conducción (contacto directo), por convección (contacto por el movimiento de un fluido) o por radiación (transferencia de calor en forma de ondas electromagnéticas).
Para la transferencia de calor por conducción, digamos a través de una placa plana de espesor L, la ley de Fourier da la cantidad de calor Q que se transfiere por unidad de tiempo a través de la placa:
Q = -k * A * (dT/dx) donde k es la conductividad térmica de la placa, A es su área, dT/dx es el gradiente de temperatura a lo largo de la placa y el signo menos indica que el calor se transfiere desde el región caliente a la región fría.
Para la transferencia de calor por convección entre dos fluidos, la ecuación de transferencia de calor local de Newton da la cantidad de calor Q que se transfiere por unidad de tiempo y área:
Q = h * A * (T1 - T2) donde h es el coeficiente de transferencia de calor, A es la superficie de contacto entre los fluidos, T1 y T2 son las temperaturas de los dos fluidos y se omite el signo menos porque el calor se transfiere de T1 (líquido más caliente) a T2 (líquido más frío).
Para la transferencia de calor por radiación entre dos cuerpos, la ley de Stefan-Boltzmann da la cantidad de calor Q que se emite por unidad de superficie de un cuerpo negro a temperatura T1 y que se recibe por unidad de superficie de otro negro cuerpo a la temperatura T2:
Q = σ * A * (T1^4 - T2^4) donde σ es la constante de Stefan-Boltzmann (σ = 5.670 374 419 x 10^-8 W m^-2 K^-4) y A es el área de ambos cuerpos.
Esta ley supone que los cuerpos son cuerpos negros perfectos, es decir, absorben toda la radiación que les llega y emiten una radiación que sigue la ley de Planck, que describe el espectro de emisión de la radiación electromagnética emitida por un cuerpo caliente.
N.B.: Estas ecuaciones no siempre son aplicables en la práctica, ya que las condiciones de transferencia de calor pueden ser complejas y, a menudo, dependen de muchos parámetros, como la geometría de los cuerpos, las propiedades térmicas de los materiales, la velocidad de flujo de los fluidos, etc.
Teoría del muro de Planck