Trasmissione del calore per convenzione, per irraggiamento e per conduzione

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Spiegazione dei tre modi di trasmissione del calore: per convenzione, per irraggiamento e per conduzione (9 pagine formato doc)

TRASMISSIONE DEL CALORE

Trasmissione del calore. Abbiamo visto che si ha un trasferimento di calore fra un sistema e l’ambiente quando le loro temperature sono differenti.

Non abbiamo però descritto il meccanismo mediante il quale si verifica questa trasmissione di calore. Ne esistono tre: la conduzione termica, la convezione e l’irraggiamento.

Tutti e tre si realizzano ogni volta che in un corpo la temperatura varia da punto a punto (l’energia cinetica media delle molecole è differente nelle varie parti del corpo).
La differenza di temperatura dà luogo ad un flusso netto di energia sotto forma di calore.

Il trasporto del calore si verifica nella direzione lungo la quale la temperatura diminuisce.

Il calcolo del calore specifico

CONDUZIONE DEL CALORE FORMULA

Conduzione del calore - Se lasciate un attizzatoio nel fuoco per un certo tempo, il suo manico diventerà rovente. L’energia si trasferisce dal fuoco all’impugnatura per conduzione termica lungo il manico metallico. Nei metalli, alcuni degli elettroni dell’atomo sono liberi di vagare entro i confini dell’oggetto metallico e possono così trasportare gli incrementi della loro energia cinetica dalle zone di temperatura più elevata a zone di temperatura più bassa. In questo modo si crea lungo il manico fino all’impugnatura un campo di temperature crescenti nel tempo.

Si verifica principalmente attraverso i solidi in presenza di un gradiente di temperatura all’interno del corpo.
Il calore si propaga a causa di moti microscopici (agitazione termica) senza che nel corpo si creino dei moti a livello macroscopico.
I meccanismi con cui essa opera sono differenti a seconda che si tratti di solidi o fluidi (la mobilità molecolare è diversa).
Nei gas, e in una certa misura anche nei liquidi, la conduzione termica può essere immaginata come il risultato di collisioni fra molecole veloci e molecole lente.

Calore specifico con calorimetro: relazione di fisica

TRASMISSIONE DEL CALORE PER CONVENZIONE

Nei solidi la conduzione non è dovuta a spostamenti di molecole; l’unico movimento delle molecole (atomi) è costituito da una vibrazione intorno alla loro posizione di equilibrio.
Il processo in gioco è prevalentemente un trasporto dell’energia vibrazionale attraverso il reticolo cristallino del solido.

Nei metalli è presente un ulteriore effetto: il trasporto del calore per mezzo degli elettroni liberi di muoversi nel metallo.
La conduzione del calore è descritta dalla cosiddetta legge di Fourier:

dove dQ è la quantità infinitesima di calore che, nel tempo dt, attraversa una lamina di materiale di superficie dA e spessore dx con un salto termico dT; K è un parametro tipico del materiale chiamato conducibilità termica (può variare in modo considerevole anche con la temperatura).

Il segno negativo traduce il fatto che il calore fluisce dalla faccia più calda a quella più fredda.