La conduzione termica e la trasmissione del calore attraverso un mezzo - WeSchool


Abbiamo più volte descritto che una 
modifica nella 
temperatura
 di un corpo implica uno 
scambio di calore
, il quale può avvenire solo tramite contatto termico. Ma che cos’è il contatto termico? In altre parole, 
come può avvenire uno scambio di calore?






















Videolezione "Studio di funzione: il procedimento"

























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I modi in cui uno scambio di calore può avvenire sono tre: 
conduzione
, 
convezione
 e 
irraggiamento
. Qui parliamo della conduzione.


La 
conduzione
 è quel tipo di trasmissione del calore che avviene 
in un corpo
, solido, liquido o aeriforme, 
da zone a temperatura maggiore a zone di temperatura minore
, in accordo con il 
secondo principio della termodinamica
.


Secondo la 
teoria cinetica
, 
una variazione di temperatura si registra quando l’energia cinetica delle singole particelle si modifica
; se in un gas le particelle sono libere di muoversi, in un solido invece sono fissate in certe posizioni, dette di equilibrio, attorno alle quali esse vibrano, più o meno velocemente: ad ogni modo, urtando le particelle adiacenti, queste trasmettono l’incremento di 
energia cinetica
, da una regione in cui questa è maggiore verso una regione in cui è minore. Le particelle, complessivamente, non si spostano, ma trasmettono solo calore: 
si ha trasmissione di energia, ma non di materia
.


La conduzione di calore può avvenire più o meno lentamente, o addirittura essere ostacolata: si parla di 
buoni conduttori di calore 
se in essi la conduzione di calore avviene abbastanza 
velocemente
, mentre si dicono 
cattivi conduttori di calore 
quei materiali in avviene 
lentamente
. In generale, 
buoni 
conduttori elettrici
 sono buoni 
conduttori di calore
. I materiali in cui la conduzione è minima o assente si dicono 
isolanti termici
.


Consideriamo il caso di una porzione di solido, fatta da un parallelepipedo di spessore $l$ e area laterale $\mathcal{S}$; le superfici laterali $S_1$ ed $S_2$ siano a due differenti temperature, $T_1$ e $T_2$, e supponiamo che $T_1 > T_2$, di modo che il calore si trasferisca da $S_1$ a $S_2$, come mostrato in figura. Chiamiamo la differenza di temperatura $\Delta T = T_1 - T_2$.




Se nell’intervallo di tempo $\Delta t$ avviene uno scambio di calore $\mathcal{Q}$, tutte queste quantità sono legate dall’equazione $$ \frac{\mathcal{Q}}{\Delta t} = k \frac{\Delta T \cdot \mathcal{S}}{l} $$


Il coefficiente $k$ è detto 
conducibilità termica
, e varia da materiale a materiale: materiali con conducibilità termica più alta sono buoni conduttori di calore. La conducibilità termica si misura, nel 
sistema internazionale
, in 
watt
 al metro per kelvin, $ \text{W} / \text{m} \text{ K} $.


Ecco una tabella con alcuni valori di riferimento:


Sostanza 
($T = 25^\circ \text{ C}$, $P = 1 \text{ atm}$)


Conducibilità Termica 
($ \text{W} / \text{m} \text{ K} $)


Acciaio ($20\%$ Cromo)


22


Bronzo ($75\%$ Rame, $25\%$ Stagno)


26


Piombo


35


Acciaio ($1,5\%$ Carbonio)


36


Acciaio ($0.5\%$ Carbonio)


54


Acciaio ($1\%$ Cromo)


61


Stagno


64


Platino


70


Ferro


73


Ottone ($70\%$ Rame, $30\%$ Zinco)


111


Zinco


112


Alluminio


204


Rame


386


Argento


407


 

