Conduzione del calore e postulato di Fourier
Come avviene la conduzione del calore? Cosa afferma il postulato di Fourier?
Uno dei modi in cui si può trasmettere il calore è la conduzione, processo per il quale il calore passa da un corpo a temperatura maggiore verso un altro a temperatura minore, senza alcun spostamento di materia.
Il processo di conduzione del calore avviene principalmente tra corpi solidi, siano essi buoni o cattivi conduttori di calore.
Esiste un parametro caratteristico di ogni materiale e di ogni sostanza, detto coefficiente di conducibilità termica, che ne determina l'attitudine o meno alla trasmissione del calore.
Postulato di Fourier
La relazione che esprime la conduzione del calore attraverso superfici è il postulato di Fourier, che è valido nell'ipotesi di considerare il sistema privo di perdite ed in regime stazionario, ovvero un regime nel quale le distribuzioni di temperatura sono costanti nel tempo ma possono variare nello spazio.
Detti:
- Q la quantità di calore scambiata;
- λ il coefficiente di conducibilità termica;
- T1 e T2 le due temperature costanti di due ambienti separati da una parete di spessore d e superficie S in cui T1 > T2;
- t il tempo;
avremo che:
La quantità di calore Q che nel tempo t attraversa la superficie S di un determinato materiale spesso d nella direzione normale alla superficie dipende dal tipo di materiale ed è proporzionale alla superficie S, al tempo t e alla variazione di temperatura.
Ora, in condizioni di regime, essendo T1 e T2 costanti si ha che la temperatura decresce linearmente dall'ambiente a temperatura 1 verso quello a temperatura 2:
Il coefficiente di conducibilità termica
Un parametro importante di cui tenere conto nella trattazione della conduzione del calore è il coefficiente di conducibilità termica λ.
Esso viene definito come la quantità di calore trasmessa nell'unità di tempo attraverso la sezione unitaria di un materiale le cui pareti - poste a distanza unitaria - hanno una differenza di temperatura di 1°C.
Unità di misura del calore
L'unità di misura nel Sistema Internazionale del calore è il Joule, ma nella pratica essendo il Joule troppo piccolo si utilizza il kWh.
Per maggiori info si veda: unità di misura del calore.
Flusso termico
Il rapporto tra la quantità di calore ed il tempo è definito flusso termico:
L'unità di misura di questa grandezza fisica è il W [J/s].
Studia con noi