Appunti di fisica: conduzione del calore

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Una parte importante della Fisica è la Termodinamica, ovvero lo studio e le applicazioni dell’energia termica (comunemente chiamata "calore") dei sistemi. Un concetto abbastanza notevole in termodinamica è quello di temperatura. Di fatto, quando il calore si diffonde attraverso la materia si parla di "conduzione termica" o "conduzione del calore". In questi appunti-guida di fisica analizzeremo quest'ultimo concetto attraverso una serie di esempi pratici. Se, ad esempio, si dispone una sbarra metallica a contatto con del calore (come quello di una fiamma) e si stringe con una mano l’altra estremità, in poco tempo la mano che stringe la barra capta una sensazione di caldo. Ciò serve a dimostrare come il calore generato possa diffondersi attraverso l'intero corpo della sbarra. Procediamo con gli appunti.

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Occorrente

  • Un buon manuale di fisica
  • Aste di materiali diversi (ferro, alluminio, rame, vetro)
  • Candele
  • Guanti isolanti
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I conduttori termici

In fisica si distinguono buoni e cattivi conduttori termici. La velocità di diffusione del calore, infatti, dipende dal tipo di materiale dell'oggetto attraverso dal calore. Tra le altre cose, esistono dei dispositivi che si possono utilizzare per individuare la differente conducibilità termica delle sostanze. Tra le diverse tipologie di materiali troviamo il legno, il vetro, il ferro, il rame, l’alluminio e l’ottone. In ordine di buona conducibilità, i materiali appena citati si dispongono nel modo seguente: rame, alluminio, ottone e ferro. Legno e vetro, invece, sono dei buoni isolanti termici.

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Esperimento sulla conduzione del calore

Vediamo un esperimento pratico per comprendere meglio il concetto di "conduzione del calore". Procuratevi quattro aste uguali di dimensioni ma di materiali differenti (una di ferro, una di alluminio, una di rame e una di vetro). Fate colare la cera di una candela su un'estremità di ciascuna asta. Quando la cera risulta consolidata disponete le aste su una fiamma abbastanza bassa, con l’estremità della cera distante dalla fiamma. Dopo poco tempo noterete che la cera del rame è la prima a sciogliersi, seguita dalla cera dell’alluminio e da quella del ferro. Quella del vetro, invece, non si scioglierà se non dopo molto tempo di esposizione alla fiamma. Proseguiamo con i nostri appunti sulla conduzione del calore e vediamo alcune osservazioni sull'esperimento.

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Osservazioni sull'esperimento

L'esperimento precedente, realizzabile utilizzando numerose aste di altri svariati materiali, dimostra che il calore si diffonde velocemente attraverso i cosiddetti "buoni conduttori". Viceversa, il calore si diffonde lentamente attraverso gli altri materiali utilizzati, denominati "cattivi conduttori". Inoltre, l'esperimento dimostra che il calore potrebbe anche non diffondersi per niente attraverso altri tipi di materiale. Se lo fa, ciò avviene in tempi abbastanza prolungati. In questo caso vi troverete di fronte ai cosiddetti "isolanti termici". Onde evitare eventuali scottature, in fase di test fate uso di guanti isolanti. Abbiamo terminato i nostri appunti-guida di fisica sulla conduzione del calore. Per ulteriori informazioni consultate il link: http://www.iuav.it/Ateneo1/docenti/architettu/docenti-st/Carbonari-/materiali-1/cla-03-04-/11_CAP1.pdf.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Prima di passare agli esperimenti relativi alla conduzione del calore, studiate attentamente l'argomento da un libro o da un manuale di fisica. La teoria viene sempre prima della pratica.
  • Per scongiurare eventuali scottature durante l'esperimento, munitevi di guanti e protezioni varie per braccia e mani.
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