Conduzione del calore

Nella teoria atomica i solidi, i liquidi e i gas sono fatti di minuscole particelle chiamate "atomi". La temperatura del materiale misura la velocità di movimento degli atomi e il calore misura la quantità totale di energia dovuta alla vibrazione degli atomi.

La conduzione può avvenire quando una parte di un materiale viene riscaldata. Gli atomi in questa parte vibrano più velocemente ed è più probabile che colpiscano i loro vicini. Le collisioni fanno sì che anche questi atomi si muovano più velocemente, trasmettendo loro l'energia termica. In questo modo l'energia viaggia attraverso il solido. (Un po' come il modo in cui l'energia passa lungo una serie di domini che ruotano).

Il quadro atomico aiuta anche a spiegare perché la conduzione è più importante nei solidi: nei solidi gli atomi sono vicini e non possono muoversi. Nei liquidi e nei gas le particelle possono muoversi l'una accanto all'altra, quindi le collisioni sono meno frequenti.

La legge della conduzione del calore, conosciuta anche come legge di Fourier, significa che la velocità, nel tempo, del trasferimento di calore attraverso un materiale è proporzionale al gradiente negativo della temperatura e all'area ad angolo retto, a quel gradiente, attraverso cui il calore scorre:

∂ Q ∂ t = - k ∮ S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {\frac {\parziale Q}{parziale t}=-k\oint _{S}{nabla T\cdot \,dS}

dove:

Q è la quantità di calore trasferito e

t è il tempo impiegato e

k è la conduttività termica del materiale" e

S è l'area attraverso la quale scorre il calore, e

T è la temperatura.

La conduttività termica di solito varia con la temperatura, ma la variazione può essere piccola, su una gamma significativa di temperature, per alcuni materiali comuni.

• Trasferimento di calore
• Convezione
• Radiazione termica