1. Definizione di trasferimento di calore per conduzione
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 della sedia di legno si riscalda, mentre quella della sedia di metallo no? Perché dormire su un pavimento freddo senza materasso può causare dolore? Hai mai indossato una giacca termica? Perché la maggior parte delle giacche termiche sono fatte di lana? Ci sono ancora molti aspetti da considerare e su cui interrogarsi in relazione al tema della trasmissione del calore per conduzione.
Quando una parte di un oggetto ad alta temperatura è a contatto con una parte a bassa temperatura, l'energia si trasferisce dall'oggetto ad alta temperatura a quello a bassa temperatura. L'apporto di energia fa sì che atomi e molecole si muovano più velocemente. Durante il movimento, le molecole possiedono energia cinetica (KE = 1/2 mv² ) . Le molecole che si muovono più velocemente (con maggiore energia cinetica) urtano le molecole adiacenti. Una molecola urta un'altra molecola vicina e così via. In questo modo, le molecole si scontrano tra loro trasferendo energia. Il trasferimento di calore che avviene attraverso le collisioni tra le molecole dell'oggetto è chiamato conduzione termica.
2. L'equazione del trasferimento di calore per conduzione
L'oggetto situato a sinistra ha una temperatura più elevata (T1) mentre l'oggetto situato 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 attraversato dal calore ha un'area della sezione trasversale (A) e una lunghezza (l).
In base ai risultati dell'esperimento, il calore che si muove durante un certo intervallo di tempo (Q/t) è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura (T 1 – T 2 ),
l'area della sezione trasversale (A), la natura di un oggetto (k = conduttività termica) ed è inversamente proporzionale alla lunghezza dell'oggetto. La formula per il trasferimento di calore per conduzione è:
Descrizione: Q/t = velocità di trasferimento del calore, k = conducibilità termica, A = area della sezione trasversale, T 1 = alta temperatura, T 2 = bassa temperatura, l = lunghezza dell'oggetto.
3. La conduttività termica (k)
Perché la maggior parte delle pentole sono fatte di alluminio? Se la mano sinistra tiene il ferro e la destra il bicchiere, ferro e vetro vengono a contatto con il fuoco. Quale mano, la sinistra o la destra, sembra più veloce? Queste domande, e forse altre che ti porrai, riguardano la conduttività termica degli oggetti. La conduttività termica di un oggetto è la sua capacità di trasportare calore al suo interno. Gli oggetti con un'elevata conduttività termica (k) sono buoni conduttori di calore. Al contrario, gli oggetti con una bassa conduttività termica sono cattivi conduttori di calore.
4. Applicazione del trasferimento di calore per conduzione
Perché le piastrelle sembrano più fresche della moquette? Le piastrelle hanno una conduttività termica maggiore rispetto alla moquette. Pertanto, le piastrelle sono un buon conduttore di calore, mentre la moquette lo è. Quando camminiamo sulla moquette, il calore fluisce dai piedi verso la superficie. Questo accade perché la nostra temperatura corporea è più alta della temperatura della moquette. Essendo la moquette un cattivo conduttore di calore, il calore proveniente dai nostri piedi si accumula sulla sua superficie, riscaldandola. Quando camminiamo su una piastrella o una lastra di ceramica, il calore fluisce dal piede verso la piastrella o la lastra di ceramica. Poiché le piastrelle sono un buon conduttore di calore, il calore non rimane intrappolato sulla superficie. Il calore fluisce uniformemente, facendo sì che i nostri piedi risultino freddi.
Dormire sul pavimento di casa senza un supporto può causare dolore. Perché? A causa della quantità di calore che si trasferisce dal corpo al pavimento. Il calore è energia in movimento. Quando il corpo perde molto calore, il suo livello di energia diminuisce. Se si ha poca energia, ci si può ammalare!
Quali sono le funzioni di porte e finestre? Perché porte e finestre dovrebbero essere in legno? Di notte, la temperatura esterna della casa è inferiore alla temperatura interna. Questa differenza di temperatura provoca il trasferimento di calore dall'interno verso l'esterno. Pertanto, di solito di notte chiudiamo porte e finestre. L'aria intrappolata all'interno della porta o della finestra funge da buon isolante. Minore è la conduttività termica di un oggetto, più difficile è il trasferimento di calore per conduzione attraverso di esso.
Oltre a preservare il nostro status di esseri umani civilizzati e normali, l'abbigliamento ha anche la funzione di mantenere stabile la nostra temperatura corporea. Gli abiti che indossiamo sono generalmente adattati alla temperatura dell'aria. Quando la temperatura dell'aria è sufficientemente bassa, indossiamo abiti più spessi. Coperte o indumenti spessi (giacche, ecc.) impediscono all'aria di circolare. L'aria rimane intrappolata tra la pelle e la giacca o la coperta. Poiché esiste una differenza di temperatura tra il nostro corpo e l'aria intrappolata, il calore si trasferisce dal corpo all'aria. L'apporto di calore dal corpo fa aumentare la temperatura dell'aria intrappolata (l'aria si riscalda). Il valore della conducibilità termica dell'aria è minimo. Pertanto, il calore non può fuoriuscire dal corpo. In questo modo, la nostra temperatura corporea viene mantenuta. Se non indossiamo una giacca quando l'aria è abbastanza fredda, il calore fuoriesce dal nostro corpo. Più calore fuoriesce dal corpo, più energia perde!
