La propagazione del calore

Spiegazione della propagazione del calore, i tre modi: Conduzione - Convezione - Irraggiamento

di Micaela Bonito 20 settembre 2006
Cenni sulla propagazione del calore


Argomenti trattati:

- Conduzione - Convezione - Irraggiamento - Esercizi (e Svolgimento)



La propagazione del calore avviene in tre modi: per conduzione, per convezione e per irraggiamento.

- Si dice che il calore si propaga per conduzione quando si trasmette da un corpo solido ad un altro, posti a diversa temperatura e a contatto fra loro.
- Si dice che il calore si propaga per convezione quando la propagazione avviene nei fluidi, dove il calore si propaga per spostamento di materia.
- Si dice che il calore si propaga per irraggiamento quando la trasmissione del calore tra due corpi avviene attraverso le radiazioni emesse da una sorgente, anche se fra i due c’è il vuoto.



- Conduzione
La conduzione che avviene fra due corpi dipende dalle loro proprietà a livello microscopico; vi  sono, infatti,  buoni conduttori o cattivi conduttori di calore.
Alla prima categoria appartengono tutti i metalli, mentre alla seconda, per esempio, la lana, il legno e tutti i liquidi in generale.
La diversa conduzione dei corpi  si può facilmente sperimentare immergendo in un contenitore con acqua calda due cucchiai (uno di legno ed uno di metallo).
Dopo un certo intervallo di tempo si potrà osservare che il cucchiaio di metallo scotta mentre quello di legno no.
Questa differenza può essere spiegata dal punto di vista microscopico, poiché il calore fornito fa aumentare l’energia cinetica delle molecole di metallo che sono immediatamente a contatto con la sorgente di calore.
L’aumentare dell’energia cinetica di queste molecole comporta un aumento della vibrazione degli atomi rispetto alla posizione di equilibrio.
A causa della  struttura microscopica di un metallo, questa vibrazione si propaga velocemente nelle molecole, vicine consentendo così la propagazione del calore per conduzione.
In un cattivo conduttore questa propagazione, dovuta alla vibrazione molecolare, avviene più lentamente  a causa di una struttura molecolare che rende più lento questo passaggio.
La rapidità con cui il calore passa attraverso un determinato materiale si chiama corrente termica  e si indica con il simbolo I (per analogia con il simbolo I della corrente elettrica che si introdurrà  nell’elettromagnetismo).
Questa è  definita come il calore Q che passa nell’intervallo di tempo Δt (fai attenzione con la t minuscola si indica il tempo, mentre con la T maiuscola la temperatura) ovvero:
.
Sperimentalmente si osserva che la corrente termica che attraversa uno strato di materiale, di area S e di spessore l, è direttamente proporzionale alla superficie S attraversata e al salto termico ΔT (indicato anche come gradiente di temperatura ovvero come differenza di temperatura tra due posizioni in un oggetto).
Questa osservazione può essere matematicamente espressa nel seguente modo:
.

La costante di proporzionalità K dipende dal tipo di materiale e prende il nome di conduttività termica.

Collegamento la vita quotidiana: Perché la maniglia della porta sembra fredda

In genera la maniglia di metallo della porta sembra essere sempre più fredda della porta di legno. In realtà, essendo nello stesso ambiente, sono (per il principio dell’equilibrio termico) entrambe alla stessa temperatura. La differenza è che avendo il metallo una conduttività termica maggiore, sottrae più rapidamente calore alla mano (che è ad una temperatura superiore a quella dell’ambiente) e quindi i nostri sensi hanno questa impressione di “freddo”.

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