Come si trasmette il calore da una stufa in maiolica.

Per trasmissione del calore  si intende il trasferimento di calore, ovvero energia termica tra due sistemi, che è causato da una differenza di temperatura tra i due sistemi in questione. Se durante tale processo non viene prodotto calore (ad esempio attraverso reazioni chimiche), il calore ceduto da un sistema viene acquistato dal secondo sistema, in accordo con la legge di conservazione dell’energia.

Modalità di trasmissione del calore

La trasmissione del calore può avvenire secondo tre modalità:

1. conduzione
2. convezione
3. irraggiamento

La conduzione avviene quando si è in presenza di un gradiente di temperatura in un mezzo stazionario, il quale può essere un solido oppure un fluido. Si parla di convezione quando la trasmissione di calore si ha tra una superficie e un fluido in movimento, i quali si trovano a temperature differenti. Lo scambio termico per irraggiamento avviene tra due superfici a differente temperatura, tramite emissione di energia sotto forma di onde elettromagnetiche; l’irraggiamento avviene anche senza la presenza di un mezzo interposto, ovvero con le due superfici in questione separate dal vuoto.

Il propagarsi del calore tramite tutti e due i meccanismi di convezione e irraggiamento contemporaneamente, viene chiamato “adduzione” o “conduzione esterna”.

CONDUZIONE

La conduzione  può essere vista come un trasferimento di energia dalla particella di materia più energetica a quella minore, attraverso interazioni tra le particelle stesse. Il meccanismo fisico della conduzione è spiegabile considerando un gas, in cui è presente un gradiente di temperatura e dove si ipotizza l’assenza di moti macroscopici. Il gas occuperà lo spazio tra le due superfici mantenute a differente temperatura. Ad ogni punto si associa la temperatura con l’energia delle molecole del gas in prossimità del punto. Questa energia è riferita al moto casuale di traslazione, nonché a quelli di rotazione e di vibrazione delle molecole. La temperature alta è associata all’alta energia della molecole: quando queste molecole ad alta energia entrano in collisione con quelle contigue, si ha un trasferimento di energia dalle molecole più energetiche a quelle meno. Alla presenza di un gradiente lo scambio avverrà in direzione della diminuzione di temperatura. Questa discorso può essere esteso ai liquidi e ai solidi, dove la collisione delle molecole è più frequente in quanto avviene in uno spazio ancor più ridotto.

CONVEZIONE

La convezione comprende due meccanismi di trasmissione dell’energia. Oltre al moto casuale delle molecole, il trasferimento si ha con moti macroscopici del fluido, con le molecole che si comportano come se facessero parte di un unico aggregato.

IRRAGGIAMENTO

L’irraggiamento è uno dei tre modi attraverso cui avviene la propagazione del calore. In particolare, al contrario della conduzione e della convezione, l’irraggiamento non prevede contatto diretto tra gli scambiatori, e non necessita di un mezzo per propagarsi.

Quindi è un fenomeno che interessa ogni aggregato materiale, non importa se solido, liquido o gassoso, e avviene anche nel vuoto. Questo è giustificato dal fatto che il trasferimento di calore per irraggiamento avviene sotto forma di onde elettromagnetiche.

Si ha sia emissione che assorbimento di radiazione elettromagnetica. È un fenomeno che si presenta ad ogni temperatura, ma solo a temperature abbastanza elevate il contributo allo scambio termico per irraggiamento supera i contributi per conduzione e convezione.

La quantità di calore emessa da un corpo per irraggiamento è infatti proporzionale a T4, cioè alla quarta potenza della sua temperatura: perciò a basse temperature l’irraggiamento è responsabile di una frazione trascurabile del flusso di calore rispetto alla convezione e alla conduzione, ma al crescere della temperatura la sua importanza aumenta rapidamente fino a diventare il principale artefice della trasmissione del calore per temperature medio-alte.

Il calore scambiato per irraggiamento si trasmette prevalentemente dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore; in realtà, l’energia si propaga in entrambe le direzioni, ma con minore intensità da quello freddo a quello caldo. Infatti, se un corpo emanasse soltanto e non assorbisse mai energia elettromagnetica, la sua temperatura raggiungerebbe lo zero assoluto.

L’emissione e l’assorbimento dipendono dalla frequenza della radiazione, dalla natura del corpo e da alcune caratteristiche della sua superficie; un corpo avente una superficie scura è un buon assorbitore e un buon emettitore di calore per irraggiamento.