Se ti siedi su una sedia di legno, la superficie della sedia si riscalda. Al contrario, se ti siedi su una sedia di plastica o di metallo, la superficie di quest'ultima non si riscalda. Perché la superficie di una sedia di legno è calda, mentre quella di una sedia di metallo no? Perché dormire su un pavimento freddo senza materasso può causare dolore? Hai mai indossato una giacca fredda? Perché la maggior parte delle giacche fredde sono di lana? Ci sono ancora molte cose su cui riflettere e da chiedersi in relazione al tema della trasmissione del calore per conduzione.
Preparate una candela e un pezzo di filo sottile. Tenete un'estremità del filo e toccate la fiamma della candela con l'altra estremità. Aspettate qualche istante finché la mano non si scalda. Perché la mano si scalda? Quando un'estremità del filo tocca la fiamma della candela, il calore si trasferisce dalla fiamma (alta temperatura) all'altra estremità del filo (bassa temperatura). Questo trasferimento di calore fa aumentare la temperatura dell'estremità del filo a contatto con la fiamma. La differenza di temperatura tra l'estremità del filo a contatto con la fiamma e l'altra estremità del filo provoca un trasferimento di calore dall'estremità a contatto con la fiamma all'estremità a contatto con la mano. Questo trasferimento di calore fa aumentare la temperatura dell'estremità del filo a contatto con la mano. Il calore si sposta quindi verso la mano più fredda. Di conseguenza, la mano si scalda.
Quando una parte di un oggetto ad alta temperatura entra in contatto con un oggetto a bassa temperatura, il calore si trasferisce dall'oggetto ad alta temperatura a quello a bassa temperatura. L'energia aggiuntiva fa sì che gli atomi e le molecole che compongono l'oggetto si muovano più velocemente. Muovendosi, le molecole possiedono energia cinetica (EK = ½ mv² ) . Le molecole che si muovono più velocemente (con maggiore energia cinetica) collidono con le molecole adiacenti. Queste molecole, a loro volta, collidono con altre molecole vicine. E così via. In questo modo, le molecole collidono tra loro, trasferendo energia. Il trasferimento di calore che avviene attraverso le collisioni tra le molecole che compongono un oggetto è chiamato trasferimento di calore per conduzione.
La formula per il trasferimento di calore per conduzione
L'oggetto a sinistra ha una temperatura più alta (T1) mentre l'oggetto a destra ha una temperatura inferiore (T2). A causa della differenza di temperatura (T1 - T2Il calore si sposta da un oggetto ad alta temperatura a un oggetto a bassa temperatura (la direzione del flusso di calore è verso destra). L'oggetto attraverso cui passa il calore ha un'area della sezione trasversale (A) e una lunghezza (l).
In base ai risultati dell'esperimento, il calore trasferito durante un certo intervallo di tempo (Q/t) è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura (T 1 – T 2 ), all'area della sezione trasversale (A), alla natura dell'oggetto (k = conducibilità termica) e inversamente proporzionale alla lunghezza dell'oggetto. La formula per la velocità di trasferimento del calore per conduzione è la seguente:
Descrizione: Q/t = velocità di trasferimento del calore, k = conduttività termica, A = area della sezione trasversale, T1 = alta temperatura, T2 = bassa temperatura, l = lunghezza dell'oggetto.
Applicazione del trasferimento di calore per conduzione
Perché le piastrelle sembrano più fresche della moquette? Le piastrelle hanno una maggiore conduttività termica rispetto alla moquette. Pertanto, le piastrelle sono buoni conduttori di calore, mentre la moquette lo è meno. Quando camminiamo su una moquette, il calore fluisce dai nostri piedi alla moquette. Questo accade perché la nostra temperatura corporea è più alta della temperatura della moquette. La moquette è un cattivo conduttore di calore, quindi il calore che fluisce dai nostri piedi si accumula sulla superficie della moquette, rendendola più calda. Quando camminiamo su piastrelle o ceramica, il calore fluisce dai nostri piedi alle piastrelle o alla ceramica. Poiché le piastrelle sono buoni conduttori di calore, il calore non viene trattenuto sulla loro superficie. Il calore fluisce uniformemente, facendo sì che i nostri piedi sembrino freddi. Se la tua casa si trova in una zona fredda, dovresti coprire il pavimento della camera da letto con la moquette in modo che il tuo corpo non disperda calore. Al contrario, se la tua casa si trova in una zona calda, non dovresti coprire il pavimento della camera da letto con la moquette perché non sentirai fresco ma caldo 😉
Dormire sul pavimento senza materasso può causare malattie. Perché? Perché una grande quantità di calore viene trasferita dal corpo al pavimento. Il calore è energia in movimento. Quando il corpo perde molto calore, i suoi livelli di energia diminuiscono. Se si ha poca energia, ci si può ammalare!
Qual è la funzione di porte e finestre? Perché porte e finestre dovrebbero essere di legno? Di notte, la temperatura dell'aria esterna alla casa è inferiore alla temperatura interna. Questa differenza di temperatura provoca il passaggio di calore dall'interno verso l'esterno. Pertanto, di notte solitamente chiudiamo porte e finestre. Oltre a proteggere dai malintenzionati, una delle funzioni di porte e finestre è quella di impedire la dispersione di calore dalla casa. Solitamente porte e finestre sono realizzate in legno. La conducibilità termica del legno è sufficientemente bassa da consentirgli di agire come isolante termico. Un'altra funzione di porte e finestre è quella di trattenere l'aria. L'aria intrappolata all'interno di porte e finestre agisce come un buon isolante (impedendo la fuoriuscita di calore). La conducibilità termica dell'aria è molto bassa. Minore è la conducibilità termica di un oggetto, più difficile è il trasferimento di calore per conduzione attraverso di esso.
Oltre a mantenere il nostro status di esseri umani civilizzati e normali 🙂, l'abbigliamento serve anche a mantenere una temperatura corporea stabile. Gli abiti che indossiamo sono generalmente adattati alla temperatura dell'aria. Quando la temperatura dell'aria è piuttosto bassa, indossiamo abiti più spessi. Coperte o indumenti pesanti (giacche, ecc.) impediscono all'aria di circolare liberamente. L'aria rimane intrappolata tra la pelle e la giacca o la coperta. Poiché c'è una differenza di temperatura tra il nostro corpo e l'aria intrappolata, il calore si trasferisce dal corpo all'aria. Il calore aggiuntivo proveniente dal corpo fa aumentare la temperatura dell'aria intrappolata (l'aria si riscalda). Osservate la tabella della conducibilità termica qui sopra. Il valore della conducibilità termica dell'aria è molto basso. Pertanto, il calore non può fuoriuscire dal corpo. La nostra temperatura corporea rimane stabile. Se non indossiamo una giacca quando l'aria è piuttosto fredda, il calore fuoriesce dal nostro corpo. Più calore fuoriesce dal corpo, più energia perde il corpo.
Esempio di soal
1. Domanda A81 n. 10 dell'esame nazionale 2011/2012
Presta attenzione alla seguente affermazione!
(1) Conduttività del metallo
(2) La differenza di temperatura tra le estremità metalliche
(3) Lunghezza del metallo
(4) Massa metallica
I fattori che determinano la velocità di propagazione del calore nei metalli sono...
A. (1), (2) e (3)
B. (1) e (4)
C. (2) e (4)
D. (3) e (4)
E. (4) soltanto
Discussione
In base alla formula per la velocità di trasferimento del calore per conduzione, i fattori che determinano tale velocità sono la conduttività del metallo (k), la differenza di temperatura tra le estremità del metallo (T) e la lunghezza del metallo (l). La massa del metallo non ha alcuna influenza.
La risposta corretta è A.
