Come avviene la propagazione del calore

di Barbara Cortese difficoltà: media

Come avviene la propagazione del calore Lo studio della propagazione è quell’importante ramo delle scienze che si occupa del flusso di energia termica nella materia, flusso causato da differenze di temperatura. Il calore, sia sotto forma di mori molecolari che di radiazione elettromagnetica, obbedisce a certe leggi naturali di propagazione passando da un corpo ad un altro.

1 La scienza della termodinamica collega le velocità del passaggio di calore alle differenze di temperatura e alle proprietà dei materiali. Il funzionamento efficiente di qualsiasi apparecchio che adopera energia di solito dipende dal poter ridurre certe velocità di propagazione del calore e di aumentarne delle altre. Per esempio, un sistema di riscaldamento domestico funziona al massimo della sua efficienza quando la perdita di calore attraverso i muri dell’edificio è ridotta al minimo e quando è massimo il trasporto di calore dal combustibile che brucia all’aria della stanza. Altri esempi dell’importanza della propagazione del calore si hanno nei frigoriferi, nei forni, nei motori e nel corpo umano. In ogni caso il calore viene guadagnato o perso per mezzo di uno o più dei tre meccanismi basilari di propagazione del calore: la conduzione, la convezione e l’irraggiamento.

2 La conduzione è il flusso di energia termica attraverso la materia dovuto alle collisioni molecolari. Per esempio, se si tiene sulla fiamma l’estremità di una sbarra di metallo, si ha conduzione di calore lungo di essa. Questa conduzione inizia con l’eccitazione o l’ aumento delle vibrazioni delle molecole del metallo all’estremità calda della sbarra. Le molecole eccitate collidono poi con altre molecole eccitandole a loro volta. Questo processo produce un passaggio di energia termica lungo tutta la sbarra e continua finché viene mantenuta una differenza di temperatura fra le sue due estremità.

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3 Mentre la convezione è un trasporto di energia su scala microscopica e atomica, la convezione è il trasporto di calore provocato dal moto di grandi quantità di materia.  La convezione è importante nei gas e nei liquidi, che hanno la caratteristica di dilatarsi in modo significativo quando acquistano energia termica e perciò possono produrre correnti di materiale.  Approfondimento Appunti di fisica: conduzione del calore (clicca qui) Per esempio, si ha trasporto di calore per convezione in una pentola d’acqua scaldata su un fornello.  L’acqua in fondo alla pentola acquista energia termica dalla pentola per conduzione.  L’acqua di questa zona, poi, subisce un’espansione termica e viene spinta in alto dall’acqua circostante più densa. Per mezzo di questo processo di convezione l’acqua più calda e leggera trasporta l’ energia termica in tutta la pentola.. 

4 La propagazione del calore per irraggiamento è il trasporto di energia termica da parte di onde elettromagnetiche. In questo modo si può trasmettere il calore anche attraverso il vuoto: perciò l’irraggiamento differisce in modo fondamentale dalla conduzione e dalla convezione in quanto non dipende dalla presenza della materia. Questa energia deve provenire dalla materia a temperatura più alta di quella della materia che la riceve.

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