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Contents : CAPITOLO 2: MECCANISMI DI TRASMISSIONE DEL CALORE Nel capitolo precedente abbiamo visto che alla base dell effetto Mpemba c la trasmissione del calore. Il fenomeno analizzato il processo di congelamento risultato dalla cessione e dall acquisizione di calore tra i corpi in contatto. 2.1.1 INTRODUZIONE In questo capitolo ci occuperemo dunque della trasmissione del calore che oggetto di studio della termocinetica. Questa scienza studia i fenomeni termici da un punto di vista particolare: la velocit con cui avvengono gli scambi di calore. Questa caratteristica la rende sostanzialmente differente dalla termodinamica che pure studia gli stessi fenomeni termici. Lo scambio di calore tra due corpi regolato da due leggi fondamentali: 1. il calore passa dal corpo a temperatura pi alta al corpo a temperatura pi fredda in accordo con il principio zero della termodinamica 2. il calore ceduto dal corpo pi caldo interamente assorbito dal corpo pi freddo senza dispersioni in accordo con il primo principio della termodinamica queste regole quindi sono valide in termocinetica e in questo essa del tutto uguale alla termodinamica. In termodinamica per non si pone attenzione al tempo impiegato per uno scambio termico ma solo alla quantit interessata dallo scambio stesso ecco che allora l attenzione incentrata sull energia al contrario la termocinetica pone l attenzione sulla potenza del processo termico ovvero il rapporto tra l energia scambiata e il tempo impiegato per lo scambio. Lo scambio di calore tra due corpi a temperature differenti o tra due parti di uno stesso corpo sempre a temperature differenti pu avvenire sostanzialmente in tre modi: per conduzione per convezione e per irraggiamento. 2.1.2 CONDUZIONE La conduzione del calore tra due corpi come suggerisce il nome avviene quando gli stessi corpi entrano in contatto tra di loro a questo punto le molecole del corpo a temperatura maggiore dotate di energia cinetica pi alta essendo essa proporzionale alla temperatura disperdono parte della loro energia verso le molecole del corpo pi freddo finch anche queste 9 ultime non hanno raggiunto un livello di temperatura e quindi di agitazione termica di equilibrio termico. Il trasferimento di calore per conduzione caratterizzato dall assenza di spostamenti di massa almeno in termini macroscopici ed evidenti. Questo fenomeno peculiare dei materiali solidi e in generale di quelle strutture cristalline che imprigionano le molecole permettendo loro solo brevi spostamenti. Figura 1: scambio termico per conduzione La legge che permette di determinare il flusso di calore stata determinata per via sperimentale misurando il flusso di calore in sbarre campioni di materiale omogeneo. Il flusso di calore definito come il calore che passa per unit di tempo e di superficie attraverso una superficie che divide due zone caratterizzate da una data differenza di temperatura cio f Q s t Presa una sbarra di lunghezza l i cui estremi siano mantenuti rispettivamente a temperatura T1 e T2 con T2 T1 dopo un certo tempo t viene raggiunto uno stato stazionario a partire dal quale la temperatura in ogni punto della sbarra cessa di variare nel tempo. Poich vi disequilibrio termico non cessa il flusso di calore e si ha che la quantit di calore Q che passa nel tempo t direttamente proporzionale alla differenza di temperatura ( T2 T1 ) e alla sezione A della sbarra e inversamente proporzionale alla sua lunghezza l: (T T ) Q kA 2 1 l t (2.1) Dove k un fattore di proporzionalit che dipende dalla caratteristica del materiale ed detto conducibilit termica la quantit (T2 T1 ) l il gradiente medio di temperatura cio la caduta media di temperatura per unit di lunghezza tra le due estremit della sbarra. Nel caso limite di una sbarra di spessore infinitesimo dx alle cui estremit sia mantenuta una differenza di temperatura dT la relazione (2.1) assume la forma: 10 dQ dT kA dt dx (2.2) 2.1.3 CONVEZIONE La convezione un processo termico tipico dei fluidi liquidi o gas che siano come aria o acqua. Quando un fluido entra in contatto con un corpo a temperatura elevata nei punti pi vicini al corpo avviene una diminuzione della densit che grazie alla spinta di Archimede fa salire una parte del fluido il fluido sovrastante pi freddo e quindi pi denso scende instaurando cos un movimento convettivo. Questo movimento fa s che il calore si sposti dal basso verso l alto. Tuttavia se un liquido viene riscaldato non dal fondo del recipiente ma dall alto le correnti convettive sono assenti. Infatti gli strati caldi in superficie galleggiano poich hanno densit minore e la propagazione del calore avviene per semplice conduzione. Poich i fluidi sono generalmente cattivi conduttori del calore gli strati bassi del liquido avranno tem

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