Appunti del corso di Fisica tecnica - terza parte

Ogni scambio di calore porta con sé un aumento di entropia. Sono valutazioni complesse, a causa dell’introduzione della variabile tempo t. Nel campo di trasmissione del calore bisogna formulare dei modelli, vengono stabilite delle condizioni a contorno, e le condizioni non sono ripetute allora quelle condizioni non cambiano.

CONDUZIONE

Meccanismi di trasmissione del calore: contatto tra le superfici (ad esempio il tavolo con la mano, trasferirci calore localmente e il tavolo ti scalda) senza moto relativo; CONVEZIONE termica, per contatto in presenza di moto relativo tra un corpo e un fluido (uno dei due sistemi è un fluido e si muove, hai un gradiente di velocità) e dato dallo strato laminare e quello finale che trasferirce il calore; senza contatto tra corpi separati anche dal vuoto, un esempio è l’IRRAGGIAMENTO (congni corpo irraggia).

Aumentando la velocità trasmetti il calore più velocemente.

Tutte e tre i meccanismi sono compresenti, alcune volte il più scartare uno o considerarlo trascurabile.

La conduzione avviene attraverso la matrice della superficie, la convezione avviene tra le due facce, gli effetti della convezione non devono essere gli effetti da entrambe le parti (molto probabilmente le due facce sono a temperature diverse, il cambio elettromagnetico che è bidirezionale e contemporaneo porto).

Quando hai una differenza di temp. tra le due superfici hai un gradiente termico.

Può avvenire per diffusione

A livello microscopico hai che la conduzione del calore dipende dal reticolo, ad esempio nei metalli hai la nube di elettroni, nel liquido lo scambio termico può avvenire per collisione, nei gas queste collisioni sono molto più difficili.

conduzione più efficace quando hai un solido-solido.

Equazione della conduzione termica

Il passaggio dell'energia tra due zone a T diversa senza trasporto di energia: conduzione termica. La temperatura è funzione del tempo e della posizione.

ΔT_sΔt, viede che si crea un flusso termico che passa dalla parete, in più supponi che non ci sia una generazione di calore dentro la parete (ad esempio a causa di tubi che portano "riscaldamento")

Il flusso q è tanto più grande e maggiore A, minore quanto è minore e lo spessore della parete, la relazione che li collega è:

q = conduttività termica del materiale

Q = A (t₁-t₂)ΔT

Proporzionalità tra flusso, temperatura e distanza è:

q ∝ Δt / Δx

La proporzionalità viene quantificata dalla conduttività termica del materiale λ.

Quindi:

segno negativo perché immagini la cessione del caloreq = - λ A lim Δt / Δx = - λ A ∂t / ∂x forma differenziale               Δx->0                                          di Fourier

Il flusso termico si propaga in direzione perpendicolare alle superfici isoforme

più freddo

            ╔════

     lediquore↓          

Negli isopiani c'è la possibilità di arrivare alla condensazione

Se l'oggetto non è piano devi tenere conto di come varia il flusso nelle varie direzioni dello spazio -re è isotropo e no devi considerare vari λla isotranza può anche non essere omogenea ma deve essere isotropa.

λ = W/m K, cambia in base alla temperatura, non è una proprietà intrinseca, varia nei materiale a seconda delle condizioni in cui il materiale si trova, se λ ≤ 1 al flusso termico diminuisce, se λ è minore divone e un lettraco.

Numero di Biot - quanto può essere considerata uniforme la temperatura

un un corpo - Biot grande, flusso grande.

Unico corpo con densità diversa → attenzione al raffreddamento veloce,

Microonde

Nella convezione naturale, generalmente hai superfici lambite dall'esterno.

Se la barretta è inclinata, lunghezza caratteristica.

Immagina di avere una particella d'aria che ruota attorno alla superficie.

Superficie sopra – l'aria non se ne va, si riporta a lato e "chiama" le particelle sotto.

Superficie di dimensione finita → sup. caratteristica=

superficie : perimetro.

Equazioni abbastanza complesse.

Hai 3 pizze, a parità di superficie quale si raffredda prima?

◯ 0,28 □ 0,25 △ 0,22

→ Dimensione caratteristica maggiore

Maccherone rifreddato prima verticale

Superficie di ricambio inclinata

Camini:

Rovimento dell'aria - rimane intrappolata, forma dei circoli

Tubazioni → l'aria forma un camino unico verticale uniforme.

Calcoli Ra per capire quale usare in un moto di convezione naturale

RADIAZIONE TERMICA

La radiazione si manifesta in ogni condizione purché un corpo abbia una temperatura. C’è sempre anche nel vuoto. L’occhio umano vede grazie alla riflessione.

In generale, ogni corpo riflette la radiazione onde elettromagnetiche a corrisponde una lunghezza d’onda — colore.

Il bianco riflette, il nero assorbe.

Ognuno emette energia e anche assorbe energia, al di sotto della lunghezza d’onda della luce, infrarosso — scaldano.

Strati di ozono dell’atmosfera — proteggono dai raggi X. Le onde elettromagnetiche possono interagire con quelle “prodotte” dall’uomo — artificiali.

Emissione elettromagnetica = no trasporto di massa, ma solo di energia.

Qualsiasi corpo con una temperatura sopra allo 0 K — emette radiazioni, il problema è che spesso non hanno temperature omogenee (qualche zona è temperatura dura) — orecchie delle elefante, dissipazione del calore, parte più fredda, punta del naso e bianca (quindi è calda).

Aumento la radiazioni = cambio colore, perché aumenta la sua capacità termica.

Vetro del forno = specchio per la radiazione termica infrarossa, ma trasparente alle lunghezze d’onda del visibile — ioduro di metallo.

Irraggiamento = emissione magnetica di un corpo qualsiasi in un dato intervallo.

Lunghezza d’onda — sono inversamente proporzionali.

Frequenza = tasso di ripetizione di questi fenomeni oscillatori.

Direttamente proporzionale all’energia.

Luce visibile — dal rosso al viola.

Liquidi e solidi vengono valutati sulla base della loro temperatura superficiali, si potranno avere trasmissioni naturali e artificiali.

Assorbimento + riflessione + trasmissione = 1

emissione termica

attività pari alla emissione termica nella tonalità che ti piace di più, calore come generatore di calore.

Il led è una luce elettronica perché per raggiione non si scalda = diodo che emette fotoni. Policatentore che avviene per un effetto elettrico.

Infrarosso a bassa frequenza (λ = 700,1μm) — radiazione emessa da corpi a temperatura ambiente. La lampada alogena dura di più per la presenza di un gas che “protegge” il filamento — rispetto a quella ad incandescenza.

Ultravioletto è pericoloso perché ha piccole lunghezze d’onda, interazione con le particelle della pelle ad esempio.

CONFORT TERMICO

Obiettivo = mettere le persone in condizioni di confort, legato all'aspetto termoigrometrico, illuminotecnico e acustico.

Fattori che lo influenzano: caratteristiche termiche degli elementi di confine, clima esterno, caratteristiche dell'impianto di climatizzazione.

- Lavorabilità stagionale

Benessere termico = atteggiamento mentale, soggettivo. Quindi, tutti i calcoli devono essere visti da un punto di vista statistico.

Norma tecnica = quelle stabilite dall'UNI, EN. Norma operativa = viene citata in una legge.

Direttive europee e direttive che devono essere trasformate in leggi dagli stati.

Quindi, il confort termico è regolato anche da delle leggi.

- Che si basano sulle attività che una persona svolge

PHD = voto medio, PPO = persone introdifficoltà.

Ergonomia = come valutare le grandezze.

- 7933 = ambienti estremi freddi = un'altra norma riguarda gli estremi caldi.

BILANCIO TERMICO DEL CORPO UMANO

Organi periferici inviano segnali al cervello. Meccanismi automatici di regolazione: attività vasomotoria, attività comportamentale. Meccanismi volontari: abbigliamento, modifiche le condizioni ambientali (aumenti o diminuzioni la temperatura).

- Brividi.

- Comportamento da abito.

Dita, piedi sono punte dipendenti - si raffreddano prima.

[^kW/_m²] = met => unità che non fa parte del SI (1 met = 58 W/m², viene utilizzata per misurare il flusso metabolico specifico. Dobbiamo assumere più energia di quella che si consuma mangiando. Per compensare l'attività metabolica generiamo calore. Nel riferimento termico specifico ad abbigliamento, a temperatura di adattato un valore di 4 m² risulta "ok" per un uomo attua processi irreversibili = AS > (S_o -) < 0.

- Per mantenere una temperatura costante dobbiamo sempre dissipare calore.

Quando c'è freddo, dipendiamo calore grazie alla radiazione

- Rimetto con molta potenza termica:

M = Φ + P — potenza meccanica

L = parte ceduta

Convezione e irraggiamento dipendono dalla pelle esposta - Conduzione