In quanti modi si propaga il calore? Lezione di fisica sulla propagazione del calore: conduzione, convezione, irraggiamento

In questa lezione troverai tre diverse videolezioni: una dedicata alla teoria e le altre due ad esercizi svolti e commentati sullapropagazione del calore. In quanti modi si propaga il calore? In tre modi: per convenzione, per conduzione e per irraggiamento. Ti ricordo che all’interno di questo capitolo denominato “calorimetria” troverai anche lezioni su scale termometriche, dilatazione lineare, dilatazione volumica, capacità termica, calore specifico, legge della termologia, temperatura di equilibrio e passaggi di stato.

propagazione del calore

Il calore “cammina” spostandosi e diffondendosi nel momento in cui c’è una differenza di temperatura. Ma come si propaga il calore? Infatti la propagazione del calore avviene in maniera diversa a seconda che stiamo considerando oggetti solidi, liquidi oppure areiformi. Allora distinguiamo tre diverse propagazioni del calore: la propagazione per conduzione, la propagazione per convezione e la propagazione per irraggiamento, vediamole una alla volta!

propagazione del calore per conduzione

Questo tipo di propagazione è  tipica dei solidi: infatti nei solidi il calore si propaga per conduzione. Non si ha spostamento di materia ed il calore che si propaga dipende dalla differenza di temperatura tra le due facce del conduttore, dallo spessore attraversato, dal coefficiente di conducibilità termica, dalla superficie e dall’intervallo di tempo nel quale avviene la propagazione del calore. Infatti, se mettete una forchetta di metallo a riscaldare su una fiamma e tenete la forchetta per il manico non vi scotterete immediatamente ma occorrerà un po’ di tempo appunto perché il calore che si propaga attraverso la forchetta fa vibrare le molecole della punta della forchetta e queste molecole per urto comunicano il calore come per effetto domino ma le stesse molecole non si muovono.

formula della propagazione del calore per conduzione

La quantità di calore che si propaga per conduzione è uguale al prodotto del coefficiente di conducibilità termica per la superficie del solido per il gradiente termico ovvero la differenza di temperatura fra le due facce attraverso le quali il calore si propaga per l’intervallo di tempo diviso lo spessore dell’oggetto.

'Q=\lambda S\Delta t\Delta T/d'

propagazione del calore per convezione

Avrete invece notato che quando riscaldate dell’acqua sul fuoco all’interno dell’acqua si formano i cosiddetti moti convettivi: infatti l’acqua più calda alla base diventa meno densa dunque più leggera quindi tende a spingersi verso l’alto portando l’acqua fredda in basso e creando appunto dei moti all’interno dello stesso liquido. Infatti il calore che si propaga per convezione è tipico di liquidi e gas e si propaga spostando la stessa materia!

propagazione del calore per irraggiamento

Questo è l’ultimo dei tre casi, sicuramente quello più interessante: ogni oggetto emette radiazione termica che è onda elettromagnetica di una certa lunghezza d’onda tipica del calore (corrispondente agli infrarossi). Questo tipo di propagazione del calore avviene anche attraverso il vuoto dunque non ha bisogno di un mezzo per propagarsi, non necessariamente. Questo tipo di propagazione dipende dalla superficie che emette il calore e dalla quarta potenza della temperatura dell’oggetto.

formula della propagazione del calore per irraggiamento

Possiamo calcolare la quantità di energia emessa per irraggiamento come prodotto dell’emissività (che tipicamente si ritiene uguale a uno) per la costante di Stefan-Boltzmann, per la superficie esterna dell’oggetto, per la quarta potenza della temperatura superficiale dell’oggetto per l’intervallo di tempo nel quale sta avvenendo questa propagazione.

'Q=ezST^{4}/\Delta t'

 

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