Giu 27 2012

Propagazione del calore: la conduzione

Category: Tecnologia — Antonio @ 14:54


Il calore si può propagare mediante in tre possibili modalità: la conduzione, caratteristica dei solidi, la convezione, caratteristica dei liquidi e degli aeriformi (fluidi in generale), l’irraggiamento che prescinde dal mezzo materiale e consente la propagazione anche nel vuoto.

La conduzione è una modalità di propagazione del calore caratteristica dei solidi (nei fluidi è presente, ma ha un peso poco rilevante rispetto alla conduzione) e avviene senza trasporto di materia, cioè l’energia termica riesce a propagarsi da un punto all’altro senza venire trasportata da alcun ente materiale. Nei solidi gli atomi sono disposti in posizioni ordinate nel reticolo cristallino e oscillano intorno alle posizioni di equilibrio, come delle molle interagenti mediante forze elastiche. Se riscaldiamo una estremità di un solido, l’energia termica sarà acquisita dagli atomi come energia cinetica e provocherà un’oscillazione più ampia degli atomi. Essendo quest’ultimi interagenti, l’energia cinetica verrà trasferita da un atomo all’altro e ciò consentirà il riscaldamento anche della parte di solido lontana dal punto di riscaldamento.

La velocità con cui il calore riesce a propagarsi attraverso il solido dipenderà dalla tipologia e dall’entità di queste forze di interazione. I metalli sono anche dei buoni conduttori termici in quanto in essi il calore è trasportato anche dagli elettroni di valenza, liberi di propagarsi in tutto il materiale, come energia cinetica di traslazione. Questo modello non giustifica, però , il fatto che i metalli abbiano una conduttività di gran lunga maggiore di quella degli altri materiali solidi.

Nei metalli, infatti, il calore è prevalentemente distribuito dagli elettroni di conduzione, che si muovono liberamente e a grande velocità dentro al reticolo cristallino; scambiano energia per urto con gli ioni e la trasportano in ogni direzione molto più rapidamente di quanto non facciano le molecole dei solidi non metallici, rendendo in questo modo la conduttività termica molto elevata.