Conduzione termica

Trasmissione del calore senza spostamento di massa nella conduzione di calore

Legge di Fourier - Conduttori - Isolanti - Trasferimento calore - Potenza termica

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La trasmissione per conduzione avviene quando si mettono due corpi a contatto uno con l'altro: il calore passa naturalmente dal corpo più caldo al corpo più freddo.

La conduzione è una modalità si trasmissione del calore che non coinvolge la massa di un fluido, al contrario della convezione.

Conduzione termica e conduzione elettrica

La modalità con cui avviene lo scambio di calore è paragonabile a ciò avviene nel fenomeno della conduzione elettrica: lo scambio si realizza grazie alla presenza degli atomi (e delle particelle che li compongono) che costituiscono entrambi i corpi.
Quindi tutti i materiali che sono buoni conduttori elettrici sono anche buoni conduttori di calore (rame, argento, alluminio, metalli in genere). Tutti i buoni isolanti elettrici sono anche buoni isolanti termici (plastica, ceramica, vetro).
Nella conduzione, il trasporto di calore avviene senza spostamento di massa.

Come avviene la conduzione del calore

In un corpo caldo, gli atomi che lo compongono vibrano in maniera sensibile.
Quando tale corpo viene messo a contatto con un corpo più freddo, i suoi atomi cedono parte dell'energia cinetica che posseggono agli atomi del corpo più freddo. In questo modo anche questi ultimi iniziano a vibrare in maniera maggiore, segno che il corpo più freddo inizia ad aumentare la sua temperatura.
Così il trasferimento di calore mediante conduzione avviene grazie alla propagazione delle vibrazioni degli atomi che si trovano vicini.
Ad esempio, riscaldando una sbarretta metallica ad una delle sue estremità, il calore si trasmette per conduzione progressivamente fino all'estremità opposta grazie alla propagazione delle vibrazioni tra tutti gli atomi che stanno vicini tra loro.

Più il contatto tra i due corpo è lungo, maggiore è l'energia cinetica che viene trasferita dagli atomi del corpo più caldo a quelle del corpo più freddo.
Comunque tale trasferimento dura fino a quando le due energie cinetiche non sono uguali, cioè fino a quando i due corpi non si trovano alla medesima temperatura

Legge di Fourier per la conduzione

Migliore è la conducibilità del metallo, più veloce è la propagazione del calore.
Nel caso di flusso monodimensionale in direzione x attraverso la superficie A, normale alla direzione di propagazione del calore x, la potenza termica q scambiata nell’unità di tempo è data dalla legge di Fourier:

dove k rappresenta la conducibilità termica.
Tale potenza termica transita attraverso la superficie A in virtù della differenza di temperatura dT esistente nello spessore dx di parete. Poiché il flusso avviene nel senso delle temperature decrescenti (dT/dx negativo), il segno meno nell'equazione di Fourier rende positiva la potenza termica che attraversa la parete.

Circuito frigorifero e conduzione termica

In un circuito frigorifero lo scambio di calore per conduzione avviene, per esempio, tra il bulbo del termostato rilevatore della temperatura dell’evaporatore e l’evaporatore stesso: attraverso il contatto dei due elementi è possibile trasmettere al termostato l’indicazione della temperatura dell’evaporatore e comandare di conseguenza l’avvio o l’arresto del compressore.
Ovviamente l’ottimale rilevazione della temperatura dipende dalla bontà con cui viene realizzato il contatto tra bulbo ed evaporatore e dall’assenza di sostanze che possano interporsi tra i due elementi ed ostacolare la trasmissione del calore.

Il discorso risulta analogo nel caso del bulbo della valvola termostatica e dell’evaporatore.