La propagazione del calore
Il calore tende spontaneamente a
propagarsi sia all’interno di un corpo
solido sia all’interno di un fluido.
I meccanismi di propagazione sono
però diversi; conduzione,
convenzione e irraggiamento
Convezione
Riempiendo un recipiente di vetro e versando al suo
interno delle gocce di colorante, riscaldando il liquido si
potranno osservare le sue particelle muoversi.
Il fenomeno che si vede è, infatti, dovuto al fatto che il liquido
presente nella parte bassa del recipiente riscaldato si dilata e
diminuisce di densità.
Per il principio di Archimede è, quindi, spinto verso l’alto
mentre il liquido più in alto, più freddo, scende verso il basso
compensando lo spostamento del liquido che risale.
All’interno del recipiente si creano delle vere e proprie correnti
chiamate convettive.
Irraggiamento
La propagazione del calore avviene in assenza di materia,
come il sole propaga il calore sulla terra.
“Irraggiare” significa “emettere radiazioni”. Esse sono
onde che si propagano nello spazio alla velocità della luce.
Poiché queste radiazioni trasportano energia, quando
investono un corpo e vengono assorbite, provocano un
aumento di energia cinetica delle molecole e della
temperatura.
La quantità di energia che un corpo assorbe per
irraggiamento dipende molto dallo stato della sua
superficie.
Conduzione
La conduzione o conduttività
termica (indicata con λ o k) è il
rapporto, fra il flusso di calore e il
gradiente di temperatura che provoca il
passaggio del calore.
È la capacità di una sostanza di
trasmettere il calore e dipende solo
dalla natura del materiale.
L'equazione generale della conduzione termica
è espressa dalla legge di Fourier .
Q= calore
K= coefficiente di conducibilità termica
T2-T1= variazione di temperatura
delta t = variazione di tempo
S= superficie
L= lunghezza
• Le sostanze che conducono bene il calore sono
chiamate conduttori termici come ad esempio i
metalli.
• Le sostanze che conducono male il calore
invece sono chiamate isolanti termici, per
esempio il legno e l’ acqua.
• I buoni conduttori termici hanno coefficiente di
conducibilità grande, mentre gli isolanti più
piccolo.
• Per l’aria il coefficiente di conducibilità è
trascurabile pari a: 0,025W/(m * K) a °C mentre
l’acqua è: 0,6W/(m * K)
Esperimento
Materiale
due palloncini
Una fonte di calore ( candela )
acqua
Gonfiamo 2 palloncini, uno con dell’ aria, il
secondo lo riempiremo d’ acqua. Li poniamo
entrambi sopra la fiamma della candela.
Noteremo che il palloncino vuoto scoppierà dopo
pochi istanti mentre quello con al suo interno l’
acqua non subirà nessun cambiamento.
Perché?
Come affermato precedentemente, l’ acqua ha una
conducibilità termica maggiore di quella dell’aria, e quindi
il palloncino non fa in tempo a sciogliersi ed a scoppiare
perché l’ acqua assorbe subito il calore fornito dalla
fiamma.
