La conduttività è la capacità di un corpo o di un materiale di trasmettere calore. In tal modo, si sposta attraverso un oggetto solido o da un oggetto all' altro, perché entrambi sono in contatto tra loro. Questo è l'unico modo in cui il calore può passare attraverso tutto il corpo. Sorge la domanda: "In che modo l'aria e altri materiali conducono il calore?" Scoprilo nell'articolo!
Conducibilità termica
La capacità di trasferire calore all'interno di un oggetto è chiamata conducibilità termica. Questa proprietà è indicata dalla lettera k, ed è misurata in W / (m × K). I valori di conducibilità termica variano per i diversi materiali. Quindi, oro, argento e rame hanno un'elevata conduttività termica. A proposito, questi materiali sono anche buoni conduttori di elettricità. In che modo l'aria conduce il calore? La risposta è breve: è un pessimo conduttore. L'elevata conducibilità di oro, argento e rame è dovuta al fatto che gli elettroni responsabili del trasferimento di carica partecipano anche al trasferimento di energia termica.
Ma materiali come vetro e lana minerale hanno una bassa conduttività termica. Ciò è spiegato dal fatto che hanno pochissimi elettroni "liberi" per il trasferimento di energia termica all'interno del solido. I materiali di questo tipo sono chiamati isolanti. La velocità di trasferimento del calore (cioè la velocità di movimento dell'energia termica) dipende direttamente dalla conduttività termica, dalla differenza di temperatura e dall'area di contatto e dal materiale che il corpo possiede. Per lo stesso motivo, non si può dire che l'aria conduca bene il calore.
Se il materiale è un buon conduttore di calore, si muove rapidamente attraverso il corpo. I metalli sono ampiamente utilizzati per scopi di trasferimento del calore in quanto hanno proprietà che consentono la circolazione del calore resistendo contemporaneamente alle temperature estreme associate al riscaldamento.
Sono gli elettroni che sono responsabili del trasferimento di energia termica, oltre che della carica elettrica. Pertanto, i metalli sono buoni conduttori di calore ed elettricità! È qui che sta la risposta alla domanda: "Perché l'aria è un cattivo conduttore di calore?"
Tuttavia, non confondere la conduttività elettrica (che è correlata alla carica degli elettroni) quando intendi la conduttività termica (che è correlata al trasferimento di energia degli elettroni).
Lo dimostriamo per esperienza
Prova a tenere un'estremità di un'asta di metallo sopra una fiamma: dopo pochi minuti si scalderà.
Ora tieni l'estremità di un bastoncino di legno su una fiamma e l'estremità diventerà così calda che alla fine prenderà fuoco. Tuttavia, la fine del bastone per cuiresisti, rimani relativamente calmo.
Il calore non si diffonde in tutto il volume del corpo a causa della sua composizione: la sua struttura rende difficile per gli elettroni trasferire calore attraverso il materiale.
Quindi, l'esperienza quotidiana mostra che il legno non è un buon conduttore di calore. Se hai mai visto una sezione di legno al microscopio, probabilmente hai notato la struttura del legno: è composta da singole cellule che fungono da isolanti perché non sono interconnesse. Le cellule sono sparse come pietre in un ruscello. Il calore viaggia molto più lentamente attraverso un tale materiale che nei metalli, dove gli atomi sono legati insieme in un "reticolo" tridimensionale.
L'aria è un cattivo conduttore di calore. L'esperienza della vita quotidiana mostra: ricorda la struttura delle finestre. Sono sempre costituiti da almeno due bicchieri, tra i quali è presente un "cuscino d'aria". Questo strato aiuta a mantenere il calore nella stanza senza farlo uscire.
Quindi, se l'energia termica viene applicata direttamente a una parte di un oggetto solido, gli elettroni nell'oggetto si eccitano. Ciò si traduce in vibrazioni del reticolo atomico che viaggiano attraverso l'oggetto, aumentando la temperatura mentre passano. Più vicini sono i collegamenti all'interno di un solido, più veloce è il trasferimento di calore.
I liquidi sono cattivi conduttori di calore
Se fissi un cubetto di ghiaccio sul fondo di una provetta d'acqua (è necessario utilizzare un peso per farlo, altrimenti galleggerà in superficie, quindicome il ghiaccio ha una densità inferiore rispetto all'acqua) e poi riscalda l'acqua nella parte superiore del tubo, scoprirai che l'acqua bolle nella parte superiore del tubo e il cubetto di ghiaccio rimarrà congelato.
Ciò è dovuto al fatto che l'acqua è un cattivo conduttore di calore. La maggior parte del calore si muoverà in una corrente di convezione all'interno dell'acqua nella parte superiore del tubo, solo una piccola parte di esso affonderà nel cubetto di ghiaccio.
In che modo l'aria conduce il calore?
L'aria è una raccolta di gas. Sebbene sia eccellente per la convezione, la quantità di calore che può trasferire è minima perché la piccola massa di materia non può immagazzinare molto calore, motivo per cui non è considerato un buon conduttore. Le proprietà isolanti dell'aria sono utilizzate dall'uomo nella vita di tutti i giorni. Quindi, sono usati per isolare i refrigeratori nelle pareti di un edificio. Anche il lavoro di un thermos si basa sul fatto che l'aria non conduce bene il calore. Ci sono davvero molti esempi!
Allora cosa sta causando questo fenomeno? Poiché l'aria non è densa, è disponibile una certa quantità di massa per trasferire l'energia termica attraverso la conduzione. Pertanto, è un pessimo conduttore, ma un ottimo isolante. Tuttavia, la risposta alla domanda: "L'aria conduce il calore?" - non così inequivocabile. Quindi, considera i seguenti fenomeni.
Le radiazioni sono il trasferimento di energia attraverso onde o particelle eccitate. L'aria crea un gap termico che non consente all'energia termica di superarlo. Il calore deve essere irradiato dalla superficie aparticelle d'aria, quindi dovrebbe essere irradiato dall'aria alla superficie opposta. Il calore si muove molto lentamente tra i tre materiali e la maggior parte dell'energia termica trasferita viene assorbita nell'aria.
La convezione è il movimento di calore attraverso un liquido o un gas dovuto a una diminuzione della densità dovuta all'assorbimento di calore. In questo caso, le proprietà dell'aria diventano estremamente utili. Si sposta anche verso l' alto trasferendo il calore da un contenitore o spazio isolato. Pertanto, la convezione viene utilizzata per rimuovere il calore e può essere utilizzata per raffreddare la superficie. La distribuzione del calore per convezione nell'aria è alquanto inefficiente, tuttavia viene utilizzata per molti scopi di raffreddamento. Sì, l'aria è un cattivo conduttore di calore.
Esempi di isolamento
L'isolamento viene utilizzato per molti scopi. Alcuni di questi includono il raffreddamento di bevande e cibo, la creazione di intercapedini d'aria nelle pareti e l'introduzione di sacche d'aria negli utensili da cucina. Le caratteristiche di come l'aria conduce il calore si applicano anche alla schiuma isolante.
Conclusione
La conduttività è il passaggio del calore attraverso un corpo solido. Si differenzia dal fenomeno della convezione in quanto nel processo non si verifica alcun movimento della materia. Ora sappiamo se l'aria conduce bene il calore e perché.
