Calore, temperatura e passaggi di stato
Temperatura e calore sono due concetti molto simili, al punto tale che molto spesso vengono
utilizzati come sinonimi. In realtà i due termini esprimono due concetti legati tra loro ma dal
significato fisico molto diverso.
Per illustrare i concetti che i due termini esprimono possiamo utilizzare una piccola esperienza,
consideriamo due corpi di uguali dimensioni posti a contatto. Siano uno più caldo e uno più freddo:
il corpo rosso è più caldo
il corpo azzurro è più freddo
Se prendiamo un termometro e misuriamo la temperatura otteniamo due valori diversi
Dopo un certo intervallo di tempo il corpo caldo allora si raffredda e il corpo freddo si scalda, sino
al punto in cui la situazione sarà di equilibrio, cioè:
Se prendiamo un termometro e misuriamo la temperatura otteniamo due valori uguali.
Che cosa è successo?
Il termometro misura uno stato del corpo, infatti:
all’istante iniziale il termometro misura per i due corpi due valori diversi;
successivamente, dopo che essi sono stati posti a contatto per un certo intervallo di tempo, rileva
due valori uguali.
Evidentemente si è verificato un stato un trasferimento di una grandezza. Questo trasferimento si è
arrestato quando i corpi hanno la stessa temperatura, infatti il termometro non rileva nessuna
variazione negli istanti successivi, pertanto non avviene alcun cambiamento.
Il termometro, quindi, rileva un valore di stato del corpo che si può leggere su una scala graduata
tale proprietà è la temperatura.
La grandezza che si trasferisce da un corpo all’altro invece è il calore.
Possiamo ora definire calore e temperatura:
Definizione: si definisce temperatura quella grandezza fisica che esprime lo stato termico di un
corpo.
La temperatura è una proprietà intensiva, cioè una caratteristica di un sistema che non dipende dalle
dimensioni o dalla quantità di materia del sistema(cioè da proprietà estensive).
Definizione: il calore è la forma nella quale l'energia passa da un sistema fisico ad un altro a causa
della differenza di temperatura.
Tornando all’esempio dei due corpi posti a contatto possiamo dare la seguente definizione.
Definizione: si definisce equilibrio termico tra due o più corpi lo stato in cui i corpi a contatto
raggiungono uno stato in cui non avvengono più cambiamenti, cioè in cui non avviene
più trasferimento di calore.
Riportiamo ora un enunciato basato sull'osservazione più che sulla teoria.
Principio zero della termodinamica: se due corpi A e B, sono in equilibrio termico con un terzo
corpo C allora anche i corpi A e B sono in equilibrio termico
tra loro.
Il termometro
Per misurare la temperatura è necessario un termometro , strumento che sfrutta l’equilibrio termico
associato a misurazione della dilatazione termica subita dai corpi. Il convenzionale termometro a
mercurio misura la variazione di volume del mercurio posto in un capillare di vetro, quando viene
messo in contatto termico con il corpo di temperatura ignota. L'allungamento della colonna di
mercurio è proporzionale alla temperatura del corpo.
Il termometro a mercurio viene attribuito a Gabriel Fahrenheit che introdusse nel 1714 la scala di
temperature in uso ancora oggi, mentre la scala centigrada si deve a Anders Celsius nel 1742.
Come costruire la scala di un termometro
Per "tarare" le scale in entrambi i casi si sono utilizzati gli stessi due punti di calibrazione, la
temperatura di congelamento e di ebollizione dell’acqua (alla pressione di 1 atmosfera).
La scala Celsius associa ai due punti le temperature di 0° e 100° mentre la Fahrenheit 32° e 212°.
La scala viene poi suddivisa in modo da avere la misura della temperature tra i due punti di
calibrazione .Per temperature maggiori di quella di ebollizione o minori del punto di congelamento
dell’acqua, si estendono le numerazioni (in scala) oltre i due punti di riferimento.
Taratura del termometro a zero gradi centigradi Taratura del termometro a 100 gradi centigradi
Il classico termometro
Quindi possiamo concludere che:
la temperatura misura uno stato di un corpo;
il calore è una forma di energia;
temperatura e calore sono legati tra loro;
ad un determinato calore di un corpo corrisponde una ben precisa temperatura.
Pertanto temperatura ed energia sono legati tra oro, ma non rappresentano lo stesso concetto.
Le scale di misura della temperatura
Con il metodo indicato in precedenza è possibile tarare il termometro, tuttavia vi sono più scale
della temperatura che assegnano ai punti di riferimento indicati in precedenza valori diversi.
Vediamo come passare da una rappresentazione all’altra.
Scala Celsius
La scala Celsius delle temperature è progettata perché il punto di congelamento dell'acqua sia a 0
gradi e il punto di ebollizione a 100 gradi, entrambi alla pressione atmosferica standard.
Poiché ci sono cento divisioni tra questi due punti di riferimento, il termine di riferimento per
questo sistema è il grado centigrado o centesimale.
Scala Farenheit
Fahrenheit è una scala di temperatura proposta dal fisico tedesco Gabriel Fahrenheit, tutt'ora in uso
negli Stati Uniti d'America e in Giamaica.
In questa scala il punto di congelamento dell'acqua è di 32 gradi Fahrenheit, mentre il punto di
ebollizione si trova a 212 gradi, si suddividono poi i due estremi in 180 gradi.
Scala Kelvin o scala assoluta
Lo zero assoluto è la temperatura più bassa che teoricamente si possa ottenere e corrisponde a 0
Kelvin, cioè –273,15 °C. Si può mostrare con le leggi della termodinamica che la temperatura non
può mai essere esattamente pari allo zero assoluto, anche se è possibile raggiungere temperature
molto prossime ad esso. Allo zero assoluto le molecole e gli atomi di un sistema possiedono il
minor quantitativo possibile di energia cinetica, cioè ovvero il più basso livello di energia cui
possono giungere.
L'impossibilità di raggiungere lo zero assoluto è una conseguenza del secondo principio della
termodinamica (che vedremo nel capitolo successivo) che normalmente è espresso come la
proprietà dell'entropia di un sistema chiuso di non poter mai diminuire.
Per illustrare meglio il significato di cosa rappresenti lo zero assoluto bisogna tener presente che la
temperatura è legata alla misura dell'energia interna di un corpo, intesa come somma di energia
cinetica e potenziale. Raggiungere lo zero assoluto significherebbe quindi riuscire ad annullare
l'energia cinetica delle molecole che compongono il corpo. In questo stato le molecole che lo
compongono si fermano completamente (anche nel loro moto oscillatorio rispetto al posizione di
equilibrio) e la temperatura è la più bassa possibile: questa temperatura si chiama zero assoluto.
A temperature molto basse, prossime allo zero assoluto, la materia esibisce molte proprietà inusuali,
quali la superconduttività (che vedremo in seguito in relazione al passaggio di corrente elettrica nei
conduttori). Gli scienziati mediante l'uso di speciali macchine termiche sono riusciti a portare un
corpo ad un solo milionesimo di °C dallo zero assoluto Al 2005, la temperatura più bassa mai
ottenuta è stata di 4,5 ⋅ 10 −10 ° K , conseguita al MIT (Massachusetts Institute of Technology).
La Nebulosa Boomerang è stata recentemente scoperta come il posto più freddo conosciuto, al di
fuori dei laboratori, con una temperatura di soli −272 °C (1 K). La nebulosa è a 5.000 anni luce
dalla Terra (nella costellazione del Centauro).
Si noti come l'esistenza di un limite inferiore della temperatura non implichi l'esistenza di una
temperatura massima raggiungibile. Infatti non essendoci limite superiore all'energia cinetica non
c'è limite superiore alla temperatura.
Riportiamo una tabella con alcune curiosità meteorologiche riguardanti temperature estreme .
Al-'Aziziyah, Libia
La temperatura più alta registrata sulla
Terra.
Il 13 settembre 1922 la colonnina di mercurio
raggiunse 57,8 °C.
Vostok, Antartide
La temperatura più bassa registrata sulla
Terra.
Presso la stazione russa di Vostok il 21 luglio
1983 viene registrata la temperatura esterna di
- 89,5° C.
Fonte: http://www.meteorologia.it/tempo%20da%20record.htm
Nello spazio cosmico ci sono molte componenti che possono depositare energia “scaldando” un
corpo. Considerando invece una porzione di spazio, la temperatura equivalente dovuta alle diverse
componenti radiative o particellari si può affermare che essa sia compresa tra i 3 e i 5 gradi Kelvin
ovvero tra –270 e –268 gradi centigradi.
Fonte: http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2008/Ucau080307d002
Tabella di conversione delle temperature
Conversione da
a
formula
Celsius
Farenheit
F ° = C ° × 1,8 + 32
celsius
Kelvin
K ° = C ° + 273,15
Farenheit
Celsius
Farenheit
Kelvin
C° =
K° =
(F ° − 32)
1,8
(F ° + 459,67 )
1,8
Kelvin
Celsius
C ° = K ° − 273,15
Kelvin
Farenheit
F ° = (K ° × 1,8) − 459,67
Il calore è una forma di energia, in particolare esso è energia termica. Quindi il trasferimento di
calore implica un trasferimento di energia termica.
Il flusso di calore, o in maniera equivalente di energia, non viene misurato per motivazioni storiche
in joule, unità di misura dell’energia, bensì utilizzando la kilocaloria (kcal), definita come segue:
Definizione: si definisce kilocaloria la quantità di calore che si deve fornire ad un litro d’acqua per
innalzare la temperatura di 1°C da 14,5°C a 15,5°C .
Tale definizione può essere formulata utilizzando anche i grammi, ricordando che 1 litro d’acqua
equivale ad una massa di 1 kg, si ha
Definizione: si definisce caloria la quantità di calore che si deve fornire ad un grammo d’acqua per
innalzare la temperatura di 1°C da 14,5°C a 15,5°C .
Osservazione: la kcal è l’unità di misura utilizzata per esprimere il valore energetico degli alimenti.
Dal punto di vista microscopico, fornire calore ad una sostanza significa aumentare il moto di
agitazione termica delle particelle che lo compongono, pertanto si aumenta in questo modo
l’energia cinetica media del corpo.
Tale moto di agitazione termica è caratteristico di ogni sostanza, cioè se forniamo la stessa quantità
di calore a due sostanze diverse, a causa dei differenti legami di coesione molecolare delle due
sostanze, in generale si ha che la temperatura nei due corpi non aumenta nella stessa misura.
Si ha inoltre che la quantità di calore necessaria per far variare la temperatura di una sostanza è in
relazione di proporzionalità diretta con la massa m della sostanza (ovvio, più sostanza ho, più deve
essere il calore fornito per farne aumentare la temperatura).
Quindi per far aumentare la temperatura (∆t ) di una certa sostanza avente massa m è necessaria una
quantità di calore Q
Cioè
Q direttamente proporzionale m∆T
Inoltre è necessario tener presente i legami di coesione molecolare caratteristico della sostanza per
aumentare l’energia cinetica delle particelle, quindi
Q = mc∆T
Dove c è il calore specifico della sostanza, costante di proporzionalità propria del materiale che si
considera e che descrive la relazione della struttura molecolare.
Definizione: si definisce calore specifico di una sostanza la quantità di calore necessaria per
aumentare di 1 kelvin la temperatura di un'unità di massa della sostanza.
Osservazione
Dalla relazione precedente si deduce che
c=
Q
m∆T
quindi
Q kcal J
=
=
m∆T kg ⋅ K kg ⋅ K
[c] =
L’aumentare del calore specifico per una sostanza richiede una maggiore quantità di calore per far
aumentare la temperatura del materiale.
Osservazioni
Quindi se una sostanza che ha calore specifico elevato e si trova ad una alta temperatura significa
che ha immagazzinato una grande quantità di calore.
Ad esempio l’acqua ha calore specifico elevato, quando si beve un caffè è possibile scottarsi in
quanto la quantità di calore accumulata è notevole.
Calore specifico di alcune comuni sostanze
Sostanza
Stato
Calore specifico
Alluminio
solido
880
Acqua
liquido
4186
Acqua Ghiaccio solido (0 °C)
2260
Aria (secca)
gassoso
1005
Azoto
gassoso
1042
Diamante
solido
502
Elio
gassoso
5190
Ferro
solido
444
Grafite
solido
720
Idrogeno
gassoso
14300
Litio
solido
3582
Mercurio
liquido
139
Olio
liquido
2000
Ossigeno
gassoso
920
Oro
solido
129
Ottone
solido
377
Piombo
solido
130
Rame
solido
385
J
kg ⋅ K
Per determinare il valore del calore specifico per una sostanza si utilizza il calorimetro delle
mescolanze, strumento (isolato termicamente dall’esterno) in grado di misurare scambi di calore tra
sostanze e nei vari passaggi di stato.
La temperatura di equilibrio
Dati due corpi m1 , m2 a temperature diverse t1 < t 2 , una volta posti a contatto modificano il loro
stato sino a giungere all’equilibrio, cioè quella situazione in cui hanno la stessa temperatura. Però
tale temperatura dipende oltre che dalle temperature iniziali anche dalle masse dei due corpi, infatti
se un corpo ha massa 10 kg e l’altro ha mass 10 grammi è evidente che si dovrà tener presente
anche di questo dato. Inoltre si deve tener conto del calore specifico, cioè del modo in cui si lascia
attraversare dal calore.
Allora il fatto che il calore acquistato da una sostanza è pari al calore ceduto dall’altra, si avrà
Q1 = m1c1 ∆t1
Q2 = m2 c 2 ∆t 2
Q1 = −Q2
cioè:
m1c1 ∆t1 = −m2 c 2 ∆t 2
Possiamo indicare la temperatura di equilibrio con t eq , quindi:
∆t1 = t eq − t1 > 0
∆t 2 = t eq − t 2 < 0
Allora sostituendo si ha:
m1c1 (t eq − t1 ) = − m2 c 2 (t eq − t 2 )
m1c1t eq − m1c1t1 = − m2 c 2 t eq + m 2 c 2 t 2
m1c1t eq + m2 c 2 t eq = m1c1t1 + m 2 c 2 t 2
t eq (m1c1 + m 2 c 2 ) = m1c1t1 + m2 c 2 t 2
t eq =
m1c1t1 + m2 c 2 t 2
m1c1 + m2 c 2
Che rappresenta la formula per determinare la temperatura di equilibrio tra due corpi di masse
m1 , m2 di diverso materiale, aventi temperature diverse.
Osservazione
Se i due corpi posti a contatto sono costituiti dallo stesso materiale, la formula diventa:
t eq =
m1t1 + m2 t 2
m1 + m2
Equivalenza tra calore ed energia
Se utilizziamo un trapano per perforare una parete di cemento armato, notiamo che dopo un certo
intervallo di tempo la punta si surriscalda a tal punto che, se versiamo dell’acqua per raffreddarla, in
situazioni in cui il carico di lavoro sia pesante, parte del liquido evapora quando viene a contatto
con il metallo.
Non essendovi presenza di fuoco, ed avendo un passaggio di stato, viene trasferito del calore che
deve essere generato dall’attrito causato dal moto rotatorio del trapano sul muro.
A stabilire l’esatta corrispondenza tra calore ed energia fu James Joule che tramite un’esperienza
riuscì a quantificare il rapporto tra le due quantità.
Con questa esperienza Joule determinò l'equivalente meccanico del calore:
1kcal = 4186 J
oppure
1cal = 4,186 J
Cioè servono 4186J di lavoro meccanico per aumentare la temperatura di 1 kg di acqua di un grado.
Cambiamenti di stato
Gli stati in cui possiamo trovare la materia sono tre: solido, liquido, aeriforme.
I tre diversi momenti sono caratterizzati da diversi stati di aggregazione delle molecole.
Nel caso dei solidi le molecole della materia sono vincolate ad occupare una regione di spazio ben
definita. Possono oscillare attorno ad un punto, rimanendo sempre nella regione di spazio cui sono
legate. La struttura che caratterizza questo stato della materia è quindi costituita da molecole che
non possono muoversi liberamente nello spazio circostante ma sono vincolate ad una disposizione e
a posizioni pressoché fisse.
Nel caso di un liquido i legami molecolari sono meno forti rispetto al caso precedente, infatti le
molecole si possono muovere con più libertà, non dovendo occupare una posizione “fissa”. Infatti
un liquido assume la forma del recipiente che lo contiene, fatto irrealizzabile se le molecole
occupassero posizioni vincolate, come nel caso dei solidi. Le molecole presentano in questo stato
una forza di coesione meno forte dei solidi, ma tale da tenerle vincolate in modo che esse non
possano muoversi indipendentemente le une dalle altre.
Nello stato aeriforme infine i legami molecolari sono molto deboli che le molecole possono
distanziarsi tra loro e occupare qualunque posizione dello spazio senza particolari legami con le
altre particelle. La posizione di ogni singola molecola dipende dalle condizioni iniziali del moto
aeriforme, dalle interazioni con l’ambiente (dove con ambiente si intende le eventuali interazioni
con altre molecole, come gli urti, oppure l’azione di forze esterne).
La temperatura in cui avviene una trasformazione ha un nome che la contraddistingue, la seguente
tabella riassume le possibili combinazioni
stato iniziale
cambiamento si stato
stato finale
1
Solido
Fusione
liquido
2
Solido
Sublimazione
aeriforme
3
Liquido
Solidificazione
solido
4
Liquido
Vaporizzazione
aeriforme
5
Aeriforme
Condensazione
Liquido
6
Aeriforme
Brinamento
solido
Per quanto riguarda la vaporizzazione essa può avvenire secondo due modalità:
evaporazione: un processo lento che interessa solo gli strati superficiali del liquido, in
quanto essi hanno legami molecolari più deboli con la parte restante della sostanza;
ebollizione: un processo rapido, che avviene ad un temperatura ben determinata (in genere
ma non sempre causato dall’aumento del calore fornito alla sostanza).
Schema dei passaggi di stato
brinamento
solidificazione
solido
condensazione
liquido
fusione
aeriforme
vaporizzazione
sublimazione
Il calore latente
Quando si fornisce (o si sottrae) calore ad un oggetto esso risponde alla sollecitazione aumentando
(o diminuendo) la sua temperatura. Vi sono tuttavia delle situazioni in cui pur fornendo (o
sottraendo) calore il corpo non aumenta (o diminuisce) la temperatura.
Cosa accade allora se la temperatura rimane costante ma vi è un trasferimento di calore?
Semplicemente il corpo si trova in un punto in cui sta cambiando stato e il calore che viene fornito
serve per poter passare da uno stato di aggregazione della materia all’altro.
Soltanto quando tutta la sostanza è passata di stato, continuando a fornire calore, la temperature
riprende a salire.
Ad esempio se riscaldiamo una massa d’acqua, essa aumenterà la sua temperatura sino a 100°C,
successivamente se forniamo ancora calore la temperatura rimane costante ma l’acqua inizia ad
evaporare, soltanto quando tutta l’acqua è evaporata e si continua a fornire calore, la temperatura
del gas (vapore acqueo) inizia di nuovo ad aumentare.
Il calore necessario per far passare di stato una determinata sostanza è detto calore latente.
Definizione: il calore latente λ è la quantità di energia necessaria per ottenere un cambiamento di
fase per una massa di 1 kg di una sostanza.
Quindi il calore latente per ottenere un cambiamento di stato per una massa m di una certa sostanza
è
Q = mλ
Calore latente e temperatura al cambio di stato di sostanze comuni alla pressione atmosferica
Sostanza
Cal. latente
di fusione
J
kg
T di
fusione
°C
Cal. latente
di vaporizzazione
J
kg
T di
ebollizione
°C
Alcool etilico
10 5
-114
8,6 ⋅ 10 5
78
Idrogeno
0,58 ⋅ 10 5
-259
4,6 ⋅ 10 5
-253
Azoto
0,26 ⋅ 10 5
-210
2 ⋅ 10 5
-196
Ossigeno
0,14 ⋅ 10 5
-219
2,12 ⋅ 10 5
-183
Mercurio
0,12 ⋅ 10 5
-39
2,7 ⋅ 10 5
357
Acqua
3,35 ⋅ 10 5
0
2,27 ⋅ 10 6
100
Oro
0,645 ⋅ 10 5
1063
1,6 ⋅ 10 6
2660
Come si vede dalla tabella ogni sostanza ha due calori latenti uno per la fusione, uno per
l’ebollizione.
La definizione e la formula Q = mλ per il calore latente non contengono riferimenti a variazioni di
temperatura, infatti durante un passaggio di stato si ha che la temperatura rimane costante e il calore
fornito viene utilizzato per modificare i legami tra le molecole. Pertanto il calore latente non
dipende dalla temperatura, in quanto un passaggio di stato avviene soltanto ad una temperatura ben
precisa che dipende dalla sostanza. Se non si arriva a tale temperatura non ha senso parlare di calore
latente.
Pertanto il calore latente, una volta arrivati alla temperatura di un passaggio si stato, dipende
soltanto dalla natura del materiale e dalla sua massa.
Osservazione
Nel passaggio di stato liquido solido si ha una diminuzione di volume (poiché le particelle
tendono ad avvicinarsi). L’unica eccezione è l’acqua che solidificandosi aumenta il proprio volume
Osservazione (utile per gli esercizi)
Se si deve innalzare la temperatura di un corpo si utilizza l’equazione Q = mc∆T
Se si deve far cambiare di stato un corpo si utilizza l’equazione Q = mλ .
Posti due corpi a contatto il calore acquistato da una sostanza è pari al calore ceduto dall’altra.
Data una massa m, per portarla da una temperatura t1 ad una temperatura t 2 e se tra t1 e t 2 vi è una
temperatura t in cui la sostanza cambia di stato, è necessario:
calcolare la quantità di calore per portare la sostanza dalla temperatura t1 alla temperatura t
calcolare la quantità di calore latente per far cambiare di stato la sostanza
calcolare la quantità di calore per portare la sostanza dalla temperatura t alla temperatura t 2
Analoghe osservazioni nel caso in cui si sottragga calore ad un corpo, cioè gli si fa diminuire la
temperatura.
Osservazione
Data una sostanza s il calore latente di fusione corrisponde con il calore latente di solidificazione,
cioè la quantità di calore che si deve fornire per farlo fondere è uguale alla quantità di calore che gli
si deve togliere per farlo solidificare.
Analogamente
Data una sostanza s il calore latente di vaporizzazione corrisponde con il calore latente di
condensazione, cioè la quantità di calore che si deve fornire per farlo vaporizzare è uguale alla
quantità di calore che gli si deve togliere per farlo condensare.
Trasmissione nel calore
La trasmissione del calore può avvenire in modo naturale, cioè senza spendere energia, sia
forzatamente, cioè compiendo lavoro.
Nel primo caso si ha un trasferimento da un ambiente (o da un corpo) a temperatura maggiore ad
uno a temperatura minore.
Nel secondo caso invece si trasferisce calore da un ambiente(o da un corpo) a temperatura minore
ad un altro avente temperatura maggiore. E’ necessario quindi svolgere un lavoro per riuscire a
compiere questo tipo di trasferimento,
si può pensare ad esempio al lavoro svolto da un
condizionatore d‘estate per abbassare la temperatura di una stanza: compie un lavoro (consumando
energia elettrica) per trasferire calore dall’interno all’esterno.
La trasmissione naturale del calore può avvenire in tre modi:
conduzione
convezione
irraggiamento
La conduzione è la trasmissione del calore che avviene per contatto tra due corpi aventi temperatura
diverse. Essa è caratteristica dei corpi solidi.
Tale passaggio avviene a causa degli scambi di energia a livello molecolare tra le particelle
adiacenti delle superfici a contatto.
I materiali si suddividono in due categorie, la cui causa è la struttura molecolare dell’oggetto:
conduttori termici : sostanze che si lasciano attraversare dal calore
isolanti termici: sostanze che non si lasciano attraversare dal colore, bloccando il flusso di
calore.
La convezione consiste nelle scambio di calore per un fluido(gas o liquido) quando entra in contatto
con un corpo la cui temperatura è maggiore di quella del fluido stesso. Aumentando di temperatura,
il fluido a contatto con l'oggetto si espande e diminuisce di densità, generando moti convettivi, cioè
il fluido a temperatura maggiore (e densità minore) sale e il fluido a temperatura minore (e densità
maggiore) scende verso il basso. Una volta che il fluido sceso si riscalda sale di nuovo verso l’alto
generando un moto interno del fluido, detto appunto convettivo.
Il moto convettivo è un moto macroscopico.
Osservazione
La brezza marina è una conseguenza di un moto convettivo dell’aria: scambio di calore tra l’aria
più fredda a contatto con l’acqua e gli strati più alti di aria calda.
L’esempio classico di moto convettivo consiste nell’acqua posta su una sorgente di calore.
La parte dell’ acqua vicina alla sorgente si riscalda ed essendo più calda (e meno densa) risale,
allora l’acqua più fredda degli strati superficiali scende. Essa a sua volta si riscalda e risale
prendendo il posto degli strati d’acqua calda saliti in precedenza. Si instaura così un moto d’acqua i
cui flussi vengono detti correnti convettive.
L’irraggiamento consiste in una forma di trasmissione del calore che non richiede contatto diretto
tra le sostanze tra cui avviene il flusso termico. Non necessita nemmeno di un mezzo per
propagarsi, infatti questa è la modalità di trasferimento di tra il Sole e la Terra.
Secondo questo processo il trasferimento di calore avviene sotto forma di onde elettromagnetiche,
per cui il calore può propagarsi anche nel vuoto e non solo attraverso la materia. Un onda infatti
trasporta energia.
Osservazione
L’irraggiamento avviene dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore, in realtà,
l’energia si propaga in entrambe le direzioni ma con minore intensità da quello freddo a quello
caldo. Infatti, se un corpo emanasse soltanto e non assorbisse mai energia elettromagnetica la sua
temperatura raggiungerebbe lo zero assoluto che rappresenta un valore ideale.
Irraggiamento solare
L’emissione e l’assorbimento dipendono dalla natura del corpo e da alcune caratteristiche della sua
superficie: un corpo avente una superficie scura è un buon assorbitore.
Un esempio di irraggiamento, oltre ai raggi solari, è rappresentato dall’azione di scaldarsi nelle
vicinanze di un fuoco: la combustione emette radiazioni infrarosse responsabili dell’azione
riscaldante. La pelle è composta in gran parte d’acqua le cui molecole hanno frequenza di
vibrazione estremamente simile alla frequenza delle radiazioni infrarosse, per cui la pelle è
particolarmente sensibile a tale sollecitazione, assorbendo l’energia delle onde.
Tale fenomeno è detto assorbimento per risonanza.
