Conduzione termica

Conduzione termica

Ecco una lezione pratica sulla conduzione termica, una lezione che parte dall’esperienza, un metodo didattico efficace per comprendere concetti; nonché utile ai docenti per esaminare relazioni tra fatti, evidenziare eventuali contraddizioni, ritrovare legami tra quanto spiegato e gli interessi degli allievi, mostrare come i concetti spiegati possano risolvere quesiti e problemi e come possano essere utilizzati per nuove esplorazioni sia teoriche che pratiche.

Per questa lezione ti occorre un sostegno, un cucchiaino d’acciaio, una moneta e una candela.

Metti un po’ di cera sulla moneta, riscaldala leggermente e poi saldala sul manico del cucchiaino, dal lato concavo e circa a metà.

Conduzione termica
Conduzione termica

Adesso appoggia il cucchiaino sul sostegno, con il lato concavo che porta la moneta sul manico in basso, cioè rivolto verso la candela. La moneta non cade. Quindi accendi la candela e sistemala in modo che possa scaldare la parte concava del cucchiaino.

Termodinamica

Termodinamica

Attendi poco più di cinque minuti e poi… assisterai alla caduta della moneta.

Dopodiché attendi circa cinque minuti prima di smontare la tua attrezzatura, per evitare di scottarti.

In fisica, in particolare in termodinamica, per conduzione termica s’intende il trasporto del calore che avviene in un mezzo solido, liquido o aeriforme dalle zone a temperatura maggiore verso quelle con temperatura minore, all’interno di un corpo solo o due corpi tra loro in contatto. Oltre alla conduzione termica, esistono altre due modalità di trasferimento di calore, che sono la convezione e l’irraggiamento.

Nel nostro esempio abbiamo visto che mettendo sopra una fiamma l’estremità di un cucchiaino metallico, dopo qualche tempo anche l’altra estremità si scalda e può scottare; ciò è dovuto al fatto che il calore somministrato dalla sorgente innalza il contenuto energetico delle molecole della parte a contatto, le quali oscillano con maggior velocità; durante la loro oscillazione, le molecole vanno ad urtare le molecole vicine, scambiandosi reciprocamente quantità di moto; tale scambio di quantità di moto si traduce in uno scambio di energia termica per conduzione; in conseguenza di tale scambio di energia termica dopo un certo tempo anche l’estremità opposta del cucchiaino a contatto con la fiamma si riscalda, per cui il fenomeno della conduzione termica come conseguenza rende la temperatura del cucchiaino più omogenea possibile. In altre parole, tanto maggiore è la conducibilità termica del materiale tanto più facilmente un corpo sottoposto ad una variazione locale di temperatura distribuisce tale variazione di temperatura lungo tutto il corpo.

Quindi nella conduzione termica non si ha trasporto di materia, ma solo trasmissione di urti molecolari.

Tutti i materiali in cui il calore provoca un aumento di urti tra le molecole e quindi tutti i corpi che si riscaldano sono detti buoni conduttori.

I metalli, come il filo di rame, la graffetta e il chiodo, sono dei buoni conduttori di calore. Essi trasmettono il calore alla cera provocandone la fusione. Anche molti metalli, come argento, rame, oro e alluminio, sono buoni conduttori. Sono esempi di cattivi conduttori di calore, o isolanti, tutti i semimetalli, il vetro, il legno e il sughero i quali non facilitano il passaggio del calore da un corpo a un altro. Un materiale è isolante quando non permette a luce, calore, suono, elettricità… di passare.  Anche il pelo degli animali è un ottimo isolante, perché permette loro di mantenere costante il calore del proprio corpo, proteggendolo dall’ambiente esterno.

In genere i materiali che sono buoni conduttori di calore sono anche buoni conduttori di corrente elettrica.

Conclusioni

Il cucchiaino metallico permette il passaggio del calore che fa fondere la cera e cadere la moneta. Il cucchiaino è quindi un buon conduttore di calore.

 

Termodinamica

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