Legge di Fourier

Si supponga che la temperatura del sistema 1 sia maggiore della temperatura del sistema 2 e che le superfici di delimitazione dei due sistemi siano poste in contatto tra di loro, in modo da formare un’unica barriera che divide i due sistemi; è allora possibile che i due sistemi si scambino calore. Ovviamente, a seconda dei gradi di libertà concessi dalla parete, tra i due sistemi ci potrebbe essere anche un flusso di massa (ovviamente a patto che i potenziali chimici associati ai due sistemi siano tra loro differenti). Quando c’è un flusso di massa, però, come inevitabile conseguenza ci sarà anche uno scambio di calore: si parlerà, in casi come questo, di fenomeni di scambio termico convettivo. Quando, invece, non c’è trasporto di massa, si parla di scambio di calore per diffusione molecolare. La convezione può allora essere considerata come uno scambio per diffusione che avviene quando il fluido è in movimento.; possiamo quindi dire che, generalmente, lo scambio di calore avviene per diffusione: si parlerà poi di conduzione se il sistema è in equilibrio e, appunto, di convezione se il fluido non è in equilibrio e c’è dunque un flusso di massa. Questi due metodi di scambio del calore prevedono comunque un contatto fisico tra i due sistemi interessati. Un terzo metodo che invece non richiede il contatto fisico (in quanto sfrutta le onde elettromagnetiche) è detto irraggiamento. Alcuni esempi di scambio termico sono i seguenti: - pensando al sistema termodinamico cuore osserviamo come ci siano scambi di calore per conduzione dovuti agli organi che si trovano in contatto con il cuore ma ci sono anche, ovviamente, scambi di calore con il sangue che si muove e che quindi scambia calore per convezione; - in un bicchiere d’acqua si formano delle stratificazioni di temperatura; se lasciamo il bicchiere fermo i vari strati di acqua scambieranno tra di loro calore per diffusione fino a che tutta l’acqua non avrà la stessa temperatura; se, invece, mescoliamo l’acqua contenuta nel bicchiere, le masse più fredde e più calde dell’acqua si mescoleranno tra di loro e quindi lo scambio di calore sarà dovuto alla convezione; - in una centrale nucleare le barre di combustibile che vanno incontro a fissione scambiano calore con il fluido del primario (acqua o vapore o entrambi) per convezione poiché il fluido del primario si muove velocemente nel circuito e lambisce le barre. Bisogna inoltre precisare che lo scambio di calore per irraggiamento è sempre presente e si somma sempre ad eventuali altri metodi di scambio termico, spesso non viene però considerato in quanto il calore che viene scambiato in questo modo è irrilevante rispetto agli scambi termici che avvengono per vie diverse. Per quanto riguarda, invece, i fenomeni di trasporto per conduzione e convezione si deve osservare che tali processi sono influenzati dal tipo di materiale, dal tipo di moto del fluido (è infatti possibile avere scambio termico per diffusione anche in una situ Continua »