Quaderno di fisica tecnica

Meccanismi di scambio termico

Conduzione termica

È il meccanismo che riguarda corpi solidi o liquidi, eventualmente a contatto tra loro, senza movimento macroscopico di massa. Lo scambio termico è dovuto all'energia che viene immagazzinata nelle molecole e che si trasmette dall'una all'altra essenzialmente per agitazione termica.

Convezione termica

È il meccanismo di scambio termico che riguarda corpi liquidi con movimento macroscopico di massa. Lo scambio termico è dovuto all'azione combinata della conduzione termica e del trasporto di massa, che può essere provocato da cause naturali oppure forzato da una macchina esterna.

Irraggiamento termico

L'energia non viene trasmessa da una particella all'altra ma grazie a radiazioni elettromagnetiche che sono generate dalla temperatura dei corpi. Consiste nella trasmissione di energia termica anche nel "vuoto".

Il postulato di Fourier

Viene presa in esame una lastra di un materiale diogeneo di spessore n; le due superficie vengono tenute a diverse temperature T₂ e T₁ (T₂ > T₁). Prendiamo in considerazione l'area S. La quantità di calore Q che attraversa la lastra dalla superficie 1 verso 2 durante un intervallo di tempo Δt sarà direttamente proporzionale a ΔT, alla differenza tra le temperature (T₂-T₁) e all'estensione della superficie S. Sarà invece inversamente proporzionale allo spessore n della lastra:

Q = K * S (T₁-T₂) Δt
K = Costante di proporzionalità chiamata conducibilità termica

Considerando tale relazione in termini infinitesimali:
dQ = λ dt ds (-dt) → Postulato di Fourier (λ = Conducibilità termica)

Stabilito che essa è arbitrariamente verso positivo, il postulato di Fourier afferma che la quantità di calore dQ_n che durante l'intervallo elementare dt si trasmette per conduzione attraverso la superficie ds è data dalla derivata della temperatura T lungo z:

dQ_n = (-λ) dt ds (-dt)

In termini infinitesimali:
dQ_n = dQ_n - ^dt/_dz ds

In quantità finita:
^Q_n/_ds = -^Δt/_Δn → Flusso termico [W]
^Q_n/_ds = -^dt/_Δn → Flusso termico specifico ^W/_m²

Ripetizione meccanismi di scambio termico

Conduzione termica

È il meccanismo che riguarda corpi solidi o liquidi eventualmente a contatto tra loro, senza movimento macroscopico di massa. Lo scambio termico è dovuto all’energia che viene immagazzinata nelle molecole e che si trasmette dall'una all'altra essenzialmente per agitazione termica.

Convezione termica

È il meccanismo di scambio termico che riguarda corpi liquidi con movimento macroscopico di massa; lo scambio termico è dovuto all’azione combinata della conduzione termica e del trasporto di massa, che può essere provocato da cause naturali oppure forzato da una macchina esterna.

Irraggiamento termico

L’energia non viene trasmessa da una particella all’altra, ma grazie a radiazioni elettromagnetiche che sono generate dalla temperatura dei corpi. Consiste nella trasmissione di energia termica anche nel “vuoto”.

Il postulato di Fourier

Viene presa in esame una lastra di un materiale diogeneo di spessore n; le due superfici vengono tenute a diverse temperature T₁ e T₂ (T₁ > T₂). Prendiamo in considerazione l’area S. La quantità di calore Q che attraversa la lastra dalla superficie 1 verso 2 durante un intervallo di tempo Δt, sarà direttamente proporzionale a ΔT, alla differenza tra le temperature (T₁-T₂) e all’estensione della superficie S. Sarà invece inversamente proporzionale allo spessore n della lastra:

Q = k S (T₁–T₂) Δt
k: costante di proporzionalità chiamata conduttività termica

Considerando tale relazione in termini infinitesimali:
dQ = λ dt dS (-dt) Postulato di Fourier (λ = conduttività termica)

Stabilito che la retta n normale alla superficie ds, arbitrariamente in verso positivo, il postulato di Fourier afferma che la quantità di calore dQ_n che, durante l’intervallo elementare dt, si trasmette per conduzione attraverso la superficie ds, è uguale a durata dt, alla derivata della temperatura T lungo la direzione:

dQ_n = –λ dt (-dt) / dh