Conduzione
La conduzione è il meccanismo di trasferimento termico nel quale l'energia termica si trasferisce da un punto ad un altro mediante l'interazione tra gli atomi o le molecole della materia. La conduzione si verifica nei solidi, nei liquidi e nei gas.
La conduzione non comporta grandi spostamenti di materia. I gas trasferiscono il calore tramite collisioni dirette tra le molecole energetiche e la relativa conducibilità termica è bassa rispetto ai solidi poiché questi diluiscono i mezzi. La conduzione di energia nei liquidi è la stessa che nei gas, ma la situazione è molto più complessa dal momento che le molecole sono più ravvicininate ed i campi di forza molecolare esercitano una forte influenza sullo scambio di energia durante la collisione. I solidi non di metallo trasferiscono il calore con le vibrazioni del lattice e ciò determina l'assenza di alcun movimento del mezzo mentre il calore si propaga. I metalli sono migliori conduttori rispetto ai non metalli a temperature normali perché i loro elettroni trasportano l'energia termica.
Il trasferimento termico per conduzione obbedisce alla legge di Fourier che stabilisce che la velocità di conduzione termica Qconduzione è proporzionale all'area di trasferimento termico (A) e al gradiente termico (dT/dx), o:
Qconducibilità = - K A (dT/dx)
dove K, la conduttività termica, misura la capacità di un materiale di condurre calore. Le unità di K sono W/m.oC o (Btu/s)/in.oF. Per il livello planare visualizzato sotto, la velocità di conduzione del calore è data da
Q
conducibilità = - K A ( T
H - T
C )/L
Questa figura
mostra i valori del range per la conduttività termica per i liquidi, solidi non metallici e i metalli puri a temperatura e pressione normale.
Dipendenza della temperatura della conducibilità termica (K)
Per la maggior parte dei materiali, K varia con la temperatura: aumenta con la temperatura nei gas a basse pressioni, ma può aumentare o diminuire nei metalli o nei liquidi.
La seguente tabella elenca le conducibilità termiche (in W/m.oK) rispetto alla temperatura (in oK) per i materiali selezionati:
|
Metalli
|
Metallo Temperatura (oK)
|
|
103
|
173
|
273
|
373
|
473
|
573
|
673
|
873
|
|
Stainless Steel
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|
|
|
15
|
17
|
19
|
21
|
25
|
|
Piombo
|
40
|
37
|
36
|
34
|
33
|
32
|
17 (liq.)
|
20 (liq.)
|
|
Platino
|
78
|
73
|
72
|
72
|
72
|
73
|
74
|
77
|
|
Zinco
|
124
|
122
|
122
|
117
|
110
|
106
|
100
|
60 (liq.)
|
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Silicio
|
856
|
342
|
168
|
112
|
82
|
66
|
54
|
38
|