2. La trasmissione del calore

2 La trasmissione del calore

Tu sai che quando metti i cibi nel frigorifero, dopo qualche ora sono “freddi”. Nel frigorifero avviene un passaggio di calore dai cibi all’aria fredda che c’è all’interno. Mentre l’aria si riscalda, i cibi diventano freddi non perché viene trasferito loro del freddo, ma perché perdono energia. Infatti il calore è un’energia “in transito” che si sposta sempre dal corpo più caldo a quello più freddo. Questo passaggio di energia continua fino a quando viene raggiunto l’equilibrio termico, ossia fino a quando i due corpi arrivano a possedere la stessa temperatura. Il calore si trasmette da un corpo all’altro o all’interno dello stesso corpo con diverse modalità chiamate conduzione, convezione e irraggiamento. Prova a capire in che cosa consistono analizzando qualcosa di molto familiare: un termosifone.

In che modo avviene la conduzione del calore?

Tutte le volte che tocchi o ti appoggi a un termosifone caldo sperimenti il fenomeno della conduzione: il calore passa dagli elementi metallici del termosifone alle tue mani o ai tuoi vestiti. Il calore si propaga per conduzione anche all’interno del metallo di cui termosifone è fatto. Ciò accade abbastanza gradualmente dal momento in cui viene accesa la caldaia che spinge acqua calda nelle tubature fino ai termosifoni. Osserva lo schema: le molecole del metallo a contatto con l’acqua calda (fonte di calore) ricevono energia termica che fa aumentare la loro velocità di vibrazione e urtano le molecole vicine ( a ); queste entrano a loro volta in agitazione e trasmettono energia alle restanti molecole ( b ); l’intero termosifone diventa caldo quando tutte le sue molecole sono in agitazione termica ( c ).

La conduzione del calore si ha quindi per contatto diretto tra un corpo più caldo e uno più freddo; non si ha uno spostamento di materia ma solo una trasmissione di energia grazie agli urti tra le molecole. Questo tipo di trasmissione è tipico dei corpi solidi e dipende dal materiale di cui corpi sono fatti. I materiali che trasmettono facilmente calore sono detti buoni conduttori, quelli che lo trasmettono poco vengono detti cattivi conduttori o isolanti. Sono buoni conduttori i metalli (argento, rame, zinco, ferro, ...); sono cattivi conduttori il vetro, la lana, il sughero, il legno, il polistirolo e i fluidi in genere.

In che modo avviene la convezione del calore?

Il termosifone trasmette il calore anche per convezione. Osserva il disegno.

a L’aria riscaldata dal termosifone acceso diventa meno densa e più leggera di quella fredda: le sue molecole infatti si muovono velocemente, vista la grande quantità di energia termica, e si allontanano le une dalle altre andando a occupare più spazio possibile. L’aria calda sale quindi verso il soffitto della stanza, cede calore e si raffredda.

b Le molecole dell’aria fredda hanno perso energia e rallentano perciò i loro movimenti; l’aria diventa più densa e pesante e scende verso il pavimento.

c A questo punto l’aria viene di nuovo riscaldata dal termosifone e il ciclo si ripete.

Negli aeriformi, quindi, il calore si propaga grazie un vero e proprio trasporto di materia, detto convezione, che genera dei movimenti circolari e ciclici, i moti convettivi. La stessa cosa accade anche per i liquidi: nell’acqua messa a scaldare in una pentola si formano gli stessi moti convettivi con trasporto di materia che hai analizzato per l’aria. La trasmissione del calore per mezzo di moti convettivi può causare il movimento di grandi masse di fluidi sulla Terra; si formano così le correnti marine e i venti, responsabili rispettivamente del rimescolamento delle acque e dell’atmosfera.

HAI CAPITO CHE...

Negli aeriformi e nei liquidi il calore si propaga anche per un vero e proprio trasporto di materia, detto convezione.

In che modo avviene l’irraggiamento?

La trasmissione del calore può avvenire anche senza contatto diretto con una fonte di calore e senza spostamenti di materia: con l’irraggiamento il calore si propaga attraverso le radiazioni termiche anche nel vuoto. Le radiazioni termiche sono emesse da tutti i corpi caldi, viaggiano in linea retta, non si vedono ma si avvertono come una sensazione di calore. Anche il termosifone caldo e la lampada accesa emettono radiazioni termiche: le puoi avvertire avvicinandoti a questi oggetti. In natura le radiazioni emesse dal Sole attraversano il vuoto e arrivano sulla Terra riscaldando tutti i corpi sulla sua superficie. La capacità dei corpi di assorbire calore per irraggiamento dipende dalle sostanze di cui i corpi sono fatti, come nel caso della conduzione.

HAI CAPITO CHE...

La trasmissione del calore può avvenire anche per irraggiamento, senza contatto diretto e senza spostamenti di materia.

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