How far and fast does heat propagate?

• Agustín Salazar ^[1] ; Alberto Oleaga ^[1] ; María Aránzazu Mendioroz Astigarraga
  1. [1] Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea

     Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea

     Leioa, España

     
• Localización: Latin-American Journal of Physics Education, ISSN-e 1870-9095, Vol. 13, Nº. 2, 2019
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    A diferencia del movimiento ondulatorio, donde la velocidad de propagación está bien definida, en los procesos de difusión esta cantidad no está claramente establecida. De esta manera, cualquier físico puede estimar rápidamente la distancia recorrida por la luz en el vacío o por el sonido en el aire en un intervalo de tiempo determinado. Sin embargo, pocos de ellos podrían responder a la pregunta de hasta qué punto se propaga el calor (por conducción) dentro de un material en un momento dado. En este trabajo, utilizamos el concepto de longitud de difusión térmica y lo calculamos analíticamente para tres situaciones de la vida común: cuando la superficie de la muestra de un material se pone en contacto con un depósito térmico a una temperatura fija, cuando la superficie se ilumina por un breve destello de luz y cuando la superficie está iluminada por un haz de luz continuo. Una fórmula fácil de recordar nos permite estimar la distancia recorrida por el calor dentro de un material, que depende de su difusividad térmica.

  • English

    Unlike wave motion, where the propagation speed is well defined, in diffusive processes this quantity is not clearly established. In this way, any physicists can rapidly estimate the distance travelled by the light in vacuum or by the sound in air in a given time interval. However, few of them would be able to answer to the question of how far heat propagates (by conduction) inside a material in a given time. In this work, we use the concept of thermal diffusion length and we calculate it analytically for three situations of common life: when the sample surface of a material is put in contact with a thermal reservoir at a fixed temperature, when the surface is illuminated by a brief flash lighting and when the surface is illuminated by a continuous light beam. An easy to remember formula allows us to estimate the distance travelled by heat inside a material, which depends on its thermal diffusivity