Cuando estoy en una habitación cálida, ¿cuánto del calor que siento se debe a la radiación de las superficies?

Digamos que estoy en una habitación calentada a 23 ° C, una vez que la temperatura esté equilibrada, todos los objetos también estarán a 23 ° C e irradiarán calor hacia mí. ¿Cuánto del calor que siento se debe a esta radiación y cuánto se debe a la conducción entre el aire caliente y yo?

Para seguir, si en lugar de una habitación estuviera en una caja de vidrio expuesta a la frialdad del espacio pero con una temperatura del aire de 23C, ¿se sentiría mucho más frío que en la habitación?

Respuestas (1)

¿Cuánto del calor que siento se debe a esta radiación?

Yo diría que prácticamente todo.

y ¿cuánto se debe a la conducción entre el aire caliente y yo?

Recuerde que la conducción a una molécula de aire ocurre muy rápidamente. Entonces, la conducción con aire quieto , es decir, la conducción a los átomos que lo tocan en este momento , alcanzará rápidamente el equilibrio y el intercambio de calor se detendrá.

Usar convección natural en lugar de conducción

Ahora, dado que estas moléculas de aire caliente que tocan su piel ahora están más calientes que otras moléculas que la rodean, buscarán hacia arriba. Luego son reemplazadas por nuevas moléculas más frías que luego se calientan por conducción. Esta es la convección natural . Siempre que esté en aire (o gas en general), esta "conducción de muchas moléculas a su vez" solo se denomina convección y no se considera la conducción.

¿Convección o radiación?

Volviendo a la pregunta: cuánto calentamiento de su cuerpo se debe a la radiación y cuánto se debe a la convección natural .

Si desea probar si se está produciendo convección, puede sostener una pluma o un trozo de papel delgado sobre usted. La convección natural que va hacia arriba podría volar su pluma o papel (un poco). La convección natural pura, donde nada sopla el viento, generalmente no es un efecto tan grande. Puede sentir esto afuera en un día frío de verano: quedarse quieto puede hacer que se sienta cálido, pero moverse es forzar sus extremidades a través del aire y forzar una convección que no es natural y es mucho más efectiva.

En el caso de que todo en la habitación esté a la misma temperatura y lo haya estado durante un tiempo, esperaría que el aire no se mueva mucho. En ese caso, toda la radiación que envía su cuerpo equilibra toda la radiación neta que golpea su cuerpo desde el entorno. Entonces no hay aumento de temperatura. Y argumentaré que la radiación es, con mucho, la principal causa de que te sientas caliente.

Radiación

Como nota al margen, si consideramos todos los objetos en la habitación, las paredes y su cuerpo como cuerpos negros (objetos muy buenos para emitir radiación), entonces podemos considerar la ley de Stefan-Boltzmann para todos estos objetos:

I = σ T 4

I es la intensidad (energía por segundo por metro cuadrado, [ W / A ] ) con qué objetos a temperatura T emitir radiación. σ es la constante de Stefan-Boltzmann.

Todos los objetos, incluidas las paredes, los objetos de la habitación y su cuerpo, emiten radiación que choca y es absorbida entre sí. La cantidad neta de radiación que recibe su cuerpo (que lo calentará) es:

I norte mi t = I r mi C mi i v mi d − I mi metro i t t mi d = σ T s tu r r o tu norte d i norte gramo s 4 − σ T b o d y 4

En equilibrio donde su temperatura es constante, I norte mi t = 0 . entonces en T = 23 o C , la intensidad de la radiación que tu cuerpo absorbe es igual a la que emites, y:

I b o d y = I s tu r r o tu norte d i norte gramo s = σ T = 5.67 ⋅ 10 − 8 W metro 2 k 4 ⋅ ( ( 23 + 273.15 ) k ) 4 = 436 W / metro 2

No tengo la fórmula para la convección natural aquí para comparar, pero estoy seguro de que esta cantidad será mucho mayor que la transferencia de calor fuera de su cuerpo por convección natural, y como se mencionó anteriormente, en el equilibrio térmico sería aún menor. (y exactamente cero, si todo el aire llega también 23 o C ).

Para seguir, si en lugar de una habitación estuviera en una caja de vidrio expuesta a la frialdad del espacio pero con una temperatura del aire de 23C, ¿se sentiría mucho más frío que en la habitación?

¡Sí ! Definitivamente. Supongamos que el vidrio (y el aire en la caja) es un absorbente muy pobre de la radiación térmica (que lo es) que transmite toda la radiación (sin reflejo de regreso a su cuerpo), y que la radiación del aire y el vidrio mismo (será emite algo ya que tiene temperatura) es despreciable (no te pega).

Todavía emites radiación con la intensidad anterior, pero ahora nada emite nada sobre ti. No estás en equilibrio, y:

I norte mi t = I r mi C mi i v mi d − I mi metro i t t mi d = − I mi metro i t t mi d = − I b o d y

Cada segundo pierdes la cantidad de calor anterior en Joules (por metro cuadrado de tu cuerpo). Perder calor es igual a sentir frío. Y por lo que he oído, la disminución de la temperatura es bastante rápida.

¡Gracias! Entonces se deduce que para tener el mismo nivel de comodidad, las personas en casas con enormes ventanas de vidrio y tragaluces tendrán que ajustar el termostato en invierno significativamente más alto que las personas en casas típicas. Esto también me hizo pensar en una calefacción más eficiente. Supongamos que tiene algún tipo de microbobinas que atraviesan el piso, el techo o las paredes, lo que les permite cambiar la temperatura casi instantáneamente. Entonces el calor podría seguirlo de una habitación a otra y dejar el resto de la casa sin calefacción. También evitaría que se desperdicie calor cuando el aire caliente de un radiador se acumula en el techo.
Cuando estoy en una habitación cálida, ¿cuánto del calor que siento se debe a la radiación de las superficies?
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