Como Santhi Kabir afirma en su respuesta, “la transferencia de calor [es] la transferencia de [energía] de una partícula a otra partícula”.
En física, hacemos la distinción entre lo macroscópico y lo microscópico separando los dos en subconjuntos distintos de física. La dinámica cuántica cubre el movimiento de partículas microscópicas individuales, mientras que la mecánica cubre el movimiento de objetos macroscópicos, que son agregados de partículas microscópicas. La mecánica estadística interpreta la relación entre estos dos subconjuntos.
La transferencia de calor se describe por las leyes de la termodinámica, pero se interpreta a través de la mecánica estadística basada en un modelo de dinámica cuántica (que varía según la fase). La primera ley de la termodinámica nos dice cómo cambiará la energía interna de dos sistemas en contacto entre sí y aislados del exterior:
[matemática] dU = \ parcial Q + \ parcial W [/ matemática]
La transferencia de calor se explica por la Q de cada sistema. Lo que la mecánica estadística nos dice es que las partículas individuales (átomos / moléculas) del sistema 1 transfieren energía entre ellas y también transfieren energía a las partículas individuales del sistema 2. Esto solo puede ocurrir entre partículas adyacentes, ya que la transferencia de energía requiere dos partículas colisionar (en un sentido de mecánica macroscópica, ya que la dinámica cuántica nos dice que en realidad nunca se tocan).
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Cada transferencia de energía requiere un tiempo cuántico para ocurrir. En los objetos / sistemas macroscópicos, tiene números de partículas individuales en el orden del número de Avogadro (más o menos, pero típicamente entre 10 ^ 20 y 10 ^ 25, que todavía son números enormes). Si simplemente considera la transferencia de calor entre una estufa y una gota de agua en la parte superior de la estufa, esto significa que las partículas de la parte superior de la estufa tienen que transferir energía a las partículas de agua directamente adyacentes a ellas, y entonces esta energía debe ser transferido a las partículas de agua no adyacentes a la estufa. Un mol de líquido tiende a ocupar un volumen del orden de 30 centímetros cúbicos, por lo que incluso si aproxima la gota de agua como un cubo a 1/10000 de este volumen (3 milímetros cúbicos), la energía tiene que transferir más de un billones de veces (varios billones de billones de billones … etc.) para calentar las partículas de agua en la parte superior de la gota. Esto se debe principalmente a que hay tantas partículas de agua, a pesar del pequeño volumen de la gota, y las partículas son tan pequeñas que hay toneladas y toneladas de capas entre las partículas de agua adyacentes a la parte superior de la estufa y las partículas de agua en la parte superior de la gota. . Dado que cada transferencia lleva un tiempo cuántico, solo tiene sentido que la transferencia de calor lleve tiempo.
Si la transferencia de calor no tomara tiempo, todo simplemente estaría en equilibrio. La entropía se maximizaría para todo, y no pasaría nada. La vida no existiría (los organismos biológicos están constantemente luchando contra la entropía mediante la reconstrucción de sus células, ADN, etc.) , y estaríamos instantáneamente ante la muerte por calor del universo. La energía se distribuiría (casi) de manera uniforme en todas las partículas del universo, y esa energía sería ridículamente pequeña.
