Conduzione termica: come avviene, esempi, esercizi

conduzione termica o semplicemente la conduzione è un processo di trasferimento di calore che avviene all'interno dei solidi, a causa di a differenzaneltemperatura. Nella guida, il Energia termica viene trasferito tra il atomi e molecole nessuno solido senza trasferimento di materia, fino alla condizione di equilibrio termale.

Questo fenomeno si verifica in tutte le sostanze, indipendentemente dalla loro stato fisico, nonostante Di piùfrequentenelsolidi. Questo accade perché, allo stato solido, la posizione fissa degli atomi, che sono disposti in un reticolo cristallino, favorisce lo scambio di energia tra gli atomi a causa della frequenza con cui avvengono gli urti tra questi particelle.

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Come avviene la conduzione termica?

Il processo di guidatermico è caratterizzato dall'interazione tra atomi di tante differentitemperature. Quando riscaldiamo un corpo, i suoi atomi iniziano ad oscillare con maggiore ampiezza. quelli atomi più agitati

trasferisci parte del tuo energia cinetica agli atomi vicini da urti e vibrazioni, in questo modo rallentano, mentre i qualsiasi menoagitatovincerevelocità. Attraverso questo meccanismo, il calore viene gradualmente trasferito dalle zone a temperatura più alta verso quelle a temperatura più bassa, fino a quando l'intero sistema è alla stessa temperatura.

NOI gas, ad esempio, il trasferimento di calore per conduzione avviene esclusivamente attraverso collisioni tra atomi. NOI solidi non metallici, la conduzione termica avviene tramite vibrazioni lungo il reticolo cristallino del materiale. NOI solidi metallici – i migliori conduttori di calore – la conduzione avviene sia per propagazione di vibrazioni nel reticolo cristallino sia per movimento caotico degli elettroni liberi.

Nei solidi, la conduzione del calore avviene attraverso collisioni tra atomi vicini.

Isolanti e conduttori termici

Diversi stati della materia trasmettono calore attraverso meccanismi diversi. I materiali chiamati conduttori, ad esempio, sono quelli in grado di trasferire calore con grandi facilità - è il caso della maggior parte metalli. I materiali isolanti, a loro volta sono quelli che ostacolano il passaggio del calore, come il polistirolo, a gomma da cancellare, Il legna eccetera.

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Differenze tra conduzione, convezione e radiazione

Guida, convezione e radiazione sono le tre diverse forme di propagazione del calore. Il punto in comune tra questi tre processi è che ci deve essere un differenzaneltemperatura tra corpi diversi o in punti diversi dello stesso corpo.

IL guida, come detto, avviene per contatto diretto tra molecole che, scontrandosi, si trasferiscono energia cinetica alle molecole vicine. In questo tipo di trasferimento di calore, non c'è trasporto di materia. La convezione, a sua volta, avviene esclusivamente nei fluidi e, oltre che in guida, si verifica solo in mezzi materiali. La differenza tra conduzione e convezione è che, nella convezione, ci sono trasportonelpasta da correnti convettive. IL radiazione e il trasferimentonelcalore per onde elettromagnetichePertanto, questo processo di trasferimento di calore può avvenire nel vuoto.

Nella figura è possibile osservare la conduzione, la convezione e l'irraggiamento.

Flusso termico o legge di Fourierier

La quantità di calore che viene trasferita tra due punti all'interno di corpi, ogni secondo, si chiama flussonelcalore. Questo concetto riguarda la velocità con cui il calore viene trasferito all'interno di un corpo. Alcuni materiali hanno una grande capacità di trasferimento di calore, quindi, diciamo che sono buoni conduttori di calore, in quanto sono in grado di dissiparlo più rapidamente.

oh flussonelcalore, che si definisce in funzione di una costante k, si misura in watt (W), secondo la Sistema internazionale di unità, ma può anche essere misurato in caloriepersecondo. Questo flusso di energia è proporzionale à differenzaneltemperatura tra due punti di un corpo e corrisponde alla quantità di energia che fluisce, sotto forma di calore, a ogni metro quadrato di superficie, nell'arco di un secondo.

IL formula utilizzato per calcolare la conduzione termica, nota anche come formula del flusso di calore o LeggenelFourier è come segue:

Φ – flusso di calore (cal/s o W)

Q – calore (calce o J)

t – intervallo/i di tempo

A - area (m² o cm²)

T₂ e T₁ – temperatura dei punti 1 e 2 (K o ºC)

K – coefficiente di conducibilità termica (J/s.m. K o cal/s.cm.ºC)

oh coefficiente di conducibilità termica (k) determina se un corpo è un buon conduttore di calore. Questo coefficiente si riferisce a un gran numero di proprietà della materia, come la temperatura,statofisico,purezza,densità eccetera. Inoltre, la formula mostra che la quantità di calore Q che scorre attraverso un'area IL, durante un periodo di tempo t, è proporzionale alla differenza di temperatura (T₂ - T₁) tra le due facce di quest'area e anche inversamenteproporzionale allo spessore e, che li separa. Osservare il diagramma seguente, che mostra la conduzione termica in un mezzo solido, secondo le variabili presentate:

Esercizi sulla conduzione termica

Domanda 1) Durante una giornata di sole, una grande quantità di calore – circa 180 cal – passa attraverso i finestrini di un veicolo che è stato parcheggiato all'aperto per un periodo di 15 minuti. Determinare il flusso di calore attraverso i finestrini di questo veicolo in questa situazione.

a) 10.000 cal/s

b) 2000 cal/s

c) 50 cal/s

d) 300 cal/s

e) 500 cal/s

Modello: Lettera b

Risoluzione:

Per risolvere l'esercizio è sufficiente calcolare la quantità di calore che passa attraverso i finestrini del veicolo ogni secondo. Orologio:

Secondo il calcolo, circa 2000 calorie passano attraverso i finestrini del veicolo ogni secondo, quindi l'alternativa corretta è la lettera B.

Domanda 2) Contrassegnare l'alternativa in cui si verifica solo la conduzione del calore:

a) L'acqua calda viene miscelata con l'acqua fredda.

b) Carta bruciata dalla luce del sole, concentrata da una lente d'ingrandimento.

c) Ferro che brucia una camicia.

d) Vapore acqueo che cuoce una verdura.

Modello: Lettera C

Risoluzione:

Tra i processi elencati, il primo è un trasferimento di calore per convezione; poi abbiamo la radiazione, nella lettera B; guida, nella lettera C; infine, nell'ultima alternativa, di nuovo la convezione. Pertanto, l'alternativa corretta è la lettera C.

Di M.e Rafael Helerbrock
Insegnante di fisica