2 La propagazione del calore

Come si propaga il calore? 
Come si comportano sostanze diverse? 
Come raggiunge la Terra il calore del Sole? 

Quando due corpi non hanno la stessa temperatura il calore si trasferisce dal più caldo al più freddo fino a quando i due corpi non raggiungono la stessa temperatura, cioè fino a quando l’energia media delle loro molecole non diventa la stessa: in queste condizioni non ci sono più molecole che si muovono più velocemente di altre e che possono quindi cedere energia a quelle più lente. Si dice allora che è stato raggiunto l’equilibrio termico. I corpi tendono sempre a raggiungere l’equilibrio termico: ecco perché quando prendiamo in mano una tazza contenente una bevanda calda in poco tempo la bevanda si raffredda e la nostra mano si riscalda.
A seconda dello stato di aggregazione dei corpi considerati, il trasferimento di calore può avvenire in tre modi: la conduzione, la convezione e l’irraggiamento.

  io studio  

LA CONDUZIONE

Quando un corpo solido viene appoggiato a una fonte di calore, per esempio su un termosifone, le molecole che vengono a contatto con la fonte cominciano a vibrare più velocemente e comunicano questa “agitazione” alle molecole vicine. L’aumento di agitazione termica si trasmette poi a tutte le molecole, e la temperatura del corpo cresce di conseguenza (2).
Il trasferimento di calore che avviene nei solidi per contatto è detto conduzione. 

La conduzione si verifica all’interno di uno stesso corpo o tra due corpi ed è conseguenza degli urti tra le molecole: avviene con trasferimento di energia, ma non di materia.

La propagazione del calore in un corpo dipende anche dalla sostanza di cui è fatto: i metalli, per esempio, sono buoni conduttori di calore; al contrario, il legno è un cattivo conduttore, o isolante. È per questo che le pentole sul fuoco si toccano con le presine per non scottarsi le dita, mentre il mestolo di legno può essere maneggiato senza.
La capacità che le diverse sostanze hanno di condurre calore è definita conducibilità termica, ed è dovuta alla diversa disposizione degli atomi e delle molecole che le compongono, che può consentire all’energia termica di propagarsi più o meno facilmente. In realtà non esistono sostanze del tutto isolanti, ma solo sostanze nelle quali l’energia termica “viaggia” molto lentamente. La conducibilità è responsabile delle sensazioni di freddo e caldo che ci danno gli oggetti.

La convezione

Come abbiamo visto, nei liquidi e nei gas che vengono riscaldati le molecole tendono ad allontanarsi tra loro, con aumento di volume e quindi diminuzione della densità. Le molecole più calde sono meno dense, quindi più leggere, e tendono perciò a salire rispetto a quelle più fredde, che si abbassano. Si creano così nei liquidi e negli aeriformi delle correnti che propagano il calore, chiamate correnti convettive, o moti convettivi: il trasferimento di calore che si verifica grazie a questo fenomeno è detto convezione e prevede trasferimento di energia termica grazie allo spostamento di materia; convezione significa infatti trasporto.
Il riscaldamento delle nostre abitazioni (3) sfrutta proprio questa proprietà dell’aria: il calore si propaga dai termosifoni all’ambiente circostante grazie ai moti convettivi. Lo stesso principio ha luogo nell’acqua quando, per esempio, poniamo una pentola sul fornello: l’acqua più vicina alla fiamma, riscaldatasi, sale, quella fredda scende e si scalda a sua volta, e ben presto la temperatura di tutta l’acqua nella pentola aumenta notevolmente. La convezione, e i moti convettivi, sono molto importanti anche per il nostro Pianeta perché contribuiscono a formare i venti e le correnti marine.