Conduzione del calore
La conduzione del calore (o conduzione termica) è il movimento di calore da un oggetto ad un altro che ha una temperatura diversa quando si toccano. Per esempio, possiamo scaldarci le mani toccando le bottiglie d'acqua calda. Quando le mani fredde toccano la bottiglia d'acqua calda, il calore scorre dall'oggetto più caldo (bottiglia d'acqua calda) a quello più freddo (mano). La gente costruisce cose con diversa conducibilità termica, per esempio pentole per riscaldare le cose o contenitori isolati per mantenere calde le cose calde o fredde le cose fredde.
Altri modi per trasferire il calore sono la radiazione termica e/o la convezione. Di solito più di uno di questi processi avviene allo stesso tempo.
Toccando una bottiglia d'acqua calda, otteniamo calore per conduzione.
Spiegazione microscopica
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.
Legge della conduzione del calore
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.
Flusso di calore lineare
Pagine correlate
- Trasferimento di calore
- Convezione
- Radiazione termica
Domande e risposte
D: Che cos'è la conduzione del calore?
R: La conduzione del calore è il trasferimento di calore tra due oggetti di temperatura diversa quando entrano in contatto tra loro.
D: La conduzione del calore può avvenire tra oggetti della stessa temperatura?
R: No, la conduzione di calore avviene solo tra oggetti che hanno temperature diverse.
D: Qual è un esempio di conduzione del calore?
R: Un esempio di conduzione del calore è scaldarsi le mani toccando una bottiglia d'acqua calda. Quando le mani fredde entrano in contatto con la bottiglia d'acqua calda, il calore passa dall'oggetto più caldo a quello più freddo.
D: Quali sono i materiali con diversa conducibilità termica?
R: Le pentole possono essere realizzate con materiali a diversa conducibilità termica, così come i contenitori isolati per oggetti caldi o freddi.
D: Esistono altri modi per trasferire il calore, oltre alla conduzione?
R: Sì, il calore può essere trasferito anche per irraggiamento e convezione.
D: Tutti i processi di trasferimento del calore avvengono separatamente?
R: No, di solito più di uno di questi processi di trasferimento del calore (conduzione, irraggiamento e convezione) avvengono contemporaneamente.
D: Il trasferimento di calore può avvenire nel vuoto?
R: Sì, il trasferimento di calore per irraggiamento può avvenire nel vuoto. È così che il calore del Sole raggiunge la Terra.
