12               Unità didattica 12: La trasmissione del calore

  1. La conduzione
  2. La conduzione nei metalli
  3. La convezione
  4. L'irraggiamento
  5. Isolamento termico
Sezione 1. La conduzione

 

La propagazione del calore può avvenire per conduzione, convezione e irraggiamento. Gli atomi "caldi ", cioè quelli che si agitano di più, urtano e così trasmettono agli atomi vicini un po' della loro energia. La conduzione è un processo molto lento, perché il numero di atomi anche in un oggetto piccolo è molto grande.

 
Sezione 2. La conduzione nei metalli

 
I metalli trasmettono in fretta il calore, perché gli elettroni più esterni di ogni atomo vengono condivisi da tutto il pezzo di metallo, cioè formano il legame metallico. Questo comporta che uno o due elettroni per atomo, un numero immenso complessivamente, possono spostarsi con grande libertà in tutto il pezzo di metallo, scambiando di tanto in tanto energia con gli atomi per urto.

 
Se si scalda un'estremità di un filo metallico gli elettroni acquistano energia cinetica e quindi velocità, possono attraversare alcuni centimetri di filo prima di urtare contro un atomo e cedere così una parte della loro energia. I metalli sono ottimi conduttori di elettricità e di calore. I migliori sono: l'argento, il rame e l'alluminio.
Sezione 3. La convezione

L'aria, o l'acqua, calda è meno densa di quella fredda, perciò si sposta verso l'alto, mentre quella fredda si sposta verso il basso. In un ambiente con una sorgente di calore si formano correnti convettive.

 

Esistono vari esempi di convezione: non solo il riscaldamento degli appartamenti (con i radiatori), ma anche le correnti marine, i venti, la deriva delle zolle della crosta terrestre.

 
Sezione 4. L'irraggiamento
 

Quest'ultimo non richiede il contatto termico tra i corpi coinvolti nel processo di trasferimento.

Mettiamo sotto una campana di vetro una radiolina ed una lampadina, entrambi in funzione. Con una pompa estraiamo l'aria dalla campana. Una persona non udrà più il suono della radiolina, ma potrà sentire il calore della lampadina e vederne la luce.

Il vuoto esclude ovviamente il contatto termico tra i due sistemi e quindi sia i fenomeni di conduzione che di convezione. A che cosa è dovuto allora l'aumento di temperatura?

Questo nuovo fenomeno si chiama irraggiamento termico ed è legato ad energia in moto a velocità molto elevata, trasportata da onde elettromagnetiche delle quali tratteremo nell'unità didattica riguardante le onde elettromagnetiche.

 
Sezione 5. L'isolamento termico

 
Molti materiali isolanti come il sughero, le pellicce, la lana di vetro, il polistirolo espanso basano il loro potere isolante sul fatto che sono materiali poco conduttori e molto porosi intrappolano così al loro interno dell'aria che non si può avvalere della convezione. Il termos per il caffè, in fisica noto come bottiglia Dewar, isola ancora meglio, perché è composto da due bottiglie, una dentro l'altra e tra le due il vuoto. Ha le sue superfici ricoperte di materiale riflettente per respingere i raggi di calore, cioè i raggi infrarossi.