Altrettanto interessanti degli effetti del trasferimento di calore su un sistema sono i metodi con cui questo avviene. Ogni volta che c’è una differenza di temperatura, avviene un trasferimento di calore. Il trasferimento di calore può avvenire rapidamente, come attraverso una pentola da cucina, o lentamente, come attraverso le pareti di una ghiacciaia da picnic. Possiamo controllare i tassi di trasferimento di calore scegliendo i materiali (come i vestiti di lana spessa per l’inverno), controllando il movimento dell’aria (come l’uso di guarnizioni intorno alle porte), o scegliendo il colore (come un tetto bianco per riflettere la luce solare estiva). Così tanti processi coinvolgono il trasferimento di calore, che è difficile immaginare una situazione in cui non si verifica alcun trasferimento di calore. Eppure ogni processo che coinvolge il trasferimento di calore avviene solo con tre metodi:

1. La conduzione è il trasferimento di calore attraverso la materia stazionaria per contatto fisico. (La materia è stazionaria su scala macroscopica – sappiamo che c’è movimento termico degli atomi e delle molecole a qualsiasi temperatura superiore allo zero assoluto). Il calore trasferito tra il bruciatore elettrico di un fornello e il fondo di una pentola è trasferito per conduzione.
2. La convezione è il trasferimento di calore attraverso il movimento macroscopico di un fluido. Questo tipo di trasferimento avviene in un forno ad aria forzata e nei sistemi meteorologici, per esempio.
3. Il trasferimento di calore per radiazione avviene quando le microonde, la radiazione infrarossa, la luce visibile, o un’altra forma di radiazione elettromagnetica viene emessa o assorbita. Un esempio ovvio è il riscaldamento della Terra da parte del Sole. Un esempio meno ovvio è la radiazione termica del corpo umano.

Esaminiamo questi metodi in dettaglio nei tre moduli seguenti. Ogni metodo ha caratteristiche uniche e interessanti, ma tutti e tre hanno una cosa in comune: trasferiscono il calore esclusivamente a causa di una differenza di temperatura Figura 1.

Verifica la tua comprensione

1: Cita un esempio dalla vita quotidiana (diverso dal testo) per ogni meccanismo di trasferimento del calore.

• Il calore viene trasferito con tre diversi metodi: conduzione, convezione e radiazione.

Domande concettuali

1: Quali sono i principali metodi di trasferimento del calore dal nucleo caldo della Terra alla sua superficie? Dalla superficie terrestre allo spazio esterno?

2: Quando il nostro corpo si scalda troppo, risponde sudando e aumentando la circolazione del sangue in superficie per trasferire l’energia termica dal nucleo. Che effetto avrà questo su una persona in una vasca idromassaggio a 40.0o C?

3: La figura 2 mostra un disegno in sezione di una bottiglia thermos (nota anche come fiasco Dewar), che è un dispositivo progettato specificamente per rallentare tutte le forme di trasferimento del calore. Spiega le funzioni delle varie parti, come il vuoto, l’argentatura delle pareti, il collo di vetro lungo e sottile, il supporto di gomma, lo strato d’aria e il tappo.

Glossario

conduzione trasferimento di calore attraverso la materia stazionaria per contatto fisico convezione trasferimento di calore per movimento macroscopico del fluido radiazione trasferimento di calore che avviene quando le microonde, radiazioni infrarosse, luce visibile o altre radiazioni elettromagnetiche vengono emesse o assorbite

Soluzioni

Verifica la tua comprensione

1: Conduzione: Il calore si trasferisce nelle tue mani mentre tieni una tazza di caffè caldo.

Convezione: Il calore si trasferisce quando il barista “vaporizza” il latte freddo per fare la cioccolata calda.

Radiazione: Riscaldare una tazza di caffè freddo in un forno a microonde.