Concetti Chiave
- Nei solidi, il calore si propaga per conduzione, senza spostamento di materia, attraverso la vibrazione degli atomi.
- In regime stazionario, la quantità di calore in entrata e in uscita da una lastra rimane costante, mantenendo la temperatura uniforme.
- Nei fluidi, il calore si trasmette per convezione, provocando un movimento di materia dovuto a differenze di densità.
- Il calore si propaga anche per irraggiamento tramite onde elettromagnetiche, permettendo il trasferimento di energia anche nel vuoto.
- I corpi emettono calore per irraggiamento, principalmente sotto forma di radiazioni infrarosse a temperatura ambiente.
La conduzione
Nei solidi la propagazione del calore avviene per conduzione.
Prendendo in esempio una padella di ferro sul fuoco, il calore fa aumentare l'agitazione termica della zona a contatto con la fiamma. In questa determinata zona gli atomi di ferro vibrano con ampiezza maggiore e il loro moto amplifica la vibrazione degli atomi vicini. Successivamente l'aumento di energia cinetica si trasmette a tutti gli altri atomi, che tuttavia non abbandonane le rispettive posizioni di equilibrio. La condizione non comporta, cioè, spostamento di materia. Considerando una lastra omogenea, con facce piane e parallele mantenute a temperatura costanti diverse fra loro. In regime stazionario, la quantità di calore Q che entra dalla faccia più calda in un intervallo di tempo Delta-t è la stessa che contemporaneamente esce dalla faccia più fredda. In questo modo, entro il volume della lastra non avviene alcun assorbimento netto di calore e la temperatura in ogni punto resta costante nel tempo.
La convezione
Nei fluidi il meccanismo principale di trasmissione del calore è la convezione.
Una differenza di temperatura fra una zona e un'altra di un volume di fluido mette in circolazione una corrente. Il fluido caldo, meno denso di quello freddo, tende infatti a salire verso l'alto, per il principio di Archimede, ed è rimpiazzato da quello freddo.
La propagazione del calore per convezione è dunque accompagnata da un trasporto di materia. Per questo può avvenire nei fluidi, ma non nei solidi.
L'irraggiamento
Gli atomi di cui è fatta la materia contengono particelle dotate di carica elettrica e sono in continuo movimento. Le cariche in movimento generano campi elettrici e magnetici oscillanti, che si propagano come onde. Le onde elettromagnetiche trasportano energia anche attraverso il vuoto. Quando colpiscono la superficie di un oggetto possono essere riflesse, trasmesse o assorbite.
Un corpo che assorbe onde elettromagnetiche accresce la propria energia interna e si riscalda. Uno che le emette, invece, perde energia e si raffredda. Tutti i corpi emettono calore per irraggiamento. I corpi a temperatura ambiente emettono prevalentemente radiazioni infrarosse invisibili all'occhio umano.
Domande da interrogazione
- Come avviene la propagazione del calore nei solidi?
- Qual è il meccanismo principale di trasmissione del calore nei fluidi?
- In che modo l'irraggiamento contribuisce al trasferimento di calore?
Nei solidi, la propagazione del calore avviene per conduzione, dove l'agitazione termica si trasmette tra gli atomi senza spostamento di materia.
Nei fluidi, il calore si trasmette principalmente per convezione, dove il fluido caldo sale e viene sostituito da quello freddo, comportando un trasporto di materia.
L'irraggiamento avviene tramite onde elettromagnetiche che trasportano energia, riscaldando un corpo quando assorbite e raffreddandolo quando emesse.
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