¿Por qué una varilla de acero sigue aumentando su temperatura después de retirar la fuente de calor?

La temperatura no tiene una inercia de tipo mecánico (en el sentido de seguir las leyes de Newton) o impulso; Salvo una reacción química como la combustión, no puede usar una llama para calentar ningún material a una temperatura mayor que la temperatura adiabática de la llama , independientemente de la velocidad de calentamiento. En otras palabras, la temperatura nunca supera la temperatura de la fuente de calor.

Una posibilidad, como ha notado, es que un área más fría de la barra/sensor continuara siendo calentada por un área más caliente de la barra incluso después de que se eliminó la fuente de calor. En este caso, la temperatura seguiría aumentando, pero no superaría la temperatura de la llama.

Probablemente tiene que ver con la difusividad térmica. $\alpha = \kappa/(\rho c_p)$. es igual a$\frac{\frac{\partial T}{\partial t}}{\nabla ^2 T}$cuando se desprecian los efectos de convección y radiación. Esta última fórmula da algunas ideas. Cuanto más rápido cambia la temperatura en comparación con su curvatura (o la divergencia del gradiente de T), mayor es la difusividad térmica. Entonces, según su descripción, todo parece indicar que la difusividad térmica del metal (¿acero?) Es lo suficientemente baja como para garantizar que el lado frío aún tendrá un aumento de temperatura incluso aproximadamente$15\ \mathrm{s}$después de que se eliminó la fuente caliente.

Además, no estoy de acuerdo con la afirmación de que la temperatura no tiene inercia. Por ejemplo, el calor del Sol se difundirá a través del suelo de la Tierra de tal manera que es posible excavar unos pocos metros por debajo de la superficie del suelo y poder detectar las horas de verano y las de invierno. Pero la amplitud de las variaciones de temperatura decae exponencialmente con la profundidad. A grandes profundidades (algo así como por encima de los 20 mo más o menos) solo se distingue la temperatura media de la superficie. Al excavar lo suficientemente profundo, es posible conocer la temperatura promedio de la superficie hasta cientos de años o incluso más (recuerdo varios artículos sobre eso, podría tratar de proporcionar referencias más adelante).

El ejemplo anterior es relevante, porque muestra que incluso si el Sol se eliminara repentinamente, el calor de los veranos pasados ​​aún se difundiría más y más profundamente en el suelo, calentando las partes más frías, mucho después de que se elimine la fuente de calor (el Sol). Probablemente esté sucediendo lo mismo por lo que describe con la barra calentada debajo de una llama que se retira repentinamente.

Para resumir, ha notado una peculiaridad de la transferencia de calor por conducción. Esto es normal y sucedería con cualquier sólido. El hecho de que el aumento de temperatura se prolongue durante unos 15 s después de retirar la fuente de calor se debe tanto a la geometría del material como a sus propiedades térmicas, en particular su difusividad térmica. Un material con la misma geometría que la varilla de acero pero con una mayor difusividad, como el cobre, mostraría un tiempo más corto y, por el contrario, un material con una menor difusividad, como el vidrio, mostraría este aumento de temperatura en su lado más frío durante más tiempo.

Una vez que se retira la fuente de calor, la barra comienza a enfriarse inmediatamente. Sin embargo, esto solo significa que la temperatura promedio de la barra está disminuyendo. Mientras exista una diferencia de temperatura, el calor continuará fluyendo desde las regiones más calientes hacia las más frías.

En algunos puntos, la temperatura indicada comienza a disminuir, este es el punto donde el material en el sensor pierde más calor hacia el material circundante más frío que el que recibe de las áreas más calientes.