PROPAGAZIONE DEL CALORE
Il principio zero della termodinamica afferma che due corpi a differente temperatura,
posti a contatto tra loro, dopo un certo periodo di tempo raggiungono la temperatura
di equilibrio intermedia tra le temperature iniziali dei due corpi; si ha, dunque, una
diminuzione della temperatura del corpo più caldo, e un aumento di quello più
freddo. Da ciò si deduce che tra i due corpi è stata scambiata una QUANTITA' DI
CALORE ovvero il corpo più caldo ha ceduto calore a quello più freddo.
Il calore si manifesta solo quando passa da un corpo all'altro fino a stabilire una
condizione di equilibrio termico. Essendo una forma di energia, può essere misurato
in joule, o come ancora avviene, in Cal = kcal (1 kcal = 4186J)
La legge sperimentale Q = c m ΔT dice che il calore ceduto/acquistato (scambiato),
dipende:
dalla natura della sostanza (c = calore specifico)
dalla quantità della sostanza (m)
dalla differenza di temperatura (ΔT )
La quantità C = c m
si definisce capacità termica
Le modalità con cui il calore fluisce da una sostanza all’altra si divide in:
Conduzione: trasporto di energia in assenza di spostamento di materia (solidi)
Convezione: trasporto di energia con spostamento di materia (fluidi)
Irraggiamento: trasporto di energia in assenza di materia (vuoto).
Conduzione
Una sbarra metallica scaldata ad una estremità, trasmette rapidamente il calore
all’estremità più fredda. Le molecole della zona riscaldata aumentano la loro
agitazione termica (energia cinetica) trasmettendo tale agitazione alle molecole
contigue. La trasmissione avviene senza spostamento di massa.
La quantità di energia trasmessa nell’unità di tempo (potenza termica) è descritta
dalla relazione sperimentale:
λ = coeff. di conducibilità termica (caratteristico di ogni materiale)
S = sezione trasversale (superficie attraversata dal flusso termico)
d = spessore (distanza tra gli estremi considerati)
ΔT = differenza di temperatura tra gli estremi.
Convezione
Le masse di fluido si spostano e conducono con se l’energia posseduta. Essendo il
moto dei fluidi estremamente complesso (vedi meteorologia), non è possibile
esprimere una formula, sia essa empirica, capace di descriverne la modalità, se non si
è chiarito il contesto ed acquisito la moltitudine di variabili che ne determinano la
dinamica. Ad esempio il vento di scirocco trasporta l’energia termica sottratta alle
zone calde del sud-est.
Irraggiamento
Esso avviene per emissione di onde elettromagnetiche (argomento che sarà ripreso in
elettromagnetismo) le quali viaggiano meglio nell’etere piuttosto che nella massa.
L’entità di detta emissione di energia è descritta dalla formula empirica:
e = coeff. di valore compreso tra 0 e 1 che tiene conto della natura del corpo
S = superficie emittente
Z = costante di Boltzmann = 5,67 *10-8
T = temperatura del corpo emittente in gradi K.
Da notare come la potenza quarta della temperatura, faccia crescere l’emissione
all’aumentare di questa, mentre la rende trascurabile alle basse temperature.
