Le tipologie di conducibilità termica di un materiale
La conducibilità o conduttività termica per definizione esprime il trasporto o migrazione di calore che attraversa un corpo come conseguenza di una differenza di temperatura.
Specificatamente è il rapporto tra il flusso di calore, cioè il calore trasferito nell’unità di tempo, che passa attraverso una sezione e il gradiente di temperatura, cioè la differenza di temperatura.
La sezione di cui sopra è quella attraverso la quale il calore procede a velocità costante con direzione perpendicolare alla sezione stessa.
La conducibilità termica è indicata in fisica con il simbolo λ, e la sua unità di misura è espressa in W/(mK); oppure nel sistema degli ingegneri in kcal/(hm°C).
Qualunque materiale ha il suo specifico valore di conducibilità termica che determina il passaggio più o meno veloce del calore attraverso una sezione del materiale considerato.
In pratica se il valore di λ è elevato maggiore sarà la facilità con cui si avrà il passaggio del flusso di calore.
Viceversa per valori più piccoli della conducibilità termica corrispondono resistenze maggiori al passaggio di energia.
Questa è la caratteristica principale che influenza le scelte dei materiali da impiegare in una miriade di applicazioni che vanno dal riscaldamento degli ambienti domestici alla costruzione degli edifici, e per gli scambiatori di calore impiegati in settori automobilistici e in moltissime altre.
Questa proprietà si rivela utile quando si desidera ottenere un rapido o un lento passaggio di calore da un ambiente all’altro.
I materiali ad alta conducibilità termica
I materiali con alto valore della conducibilità termica sono chiamati anche conduttori termici e il passaggio di flusso di calore avviene facilmente e velocemente da un ambiente all’altro finché non si raggiunga la temperatura di equilibrio.
Un esempio esplicativo di questi conduttori termici è offerto dai metalli che sono considerati i migliori, in particolare quelli che hanno valori alti di conduttività termica, alla temperatura di 20°C, e sono:
-Argento, λ=420 W/mK; -Rame λ=395 W/mK; -Oro λ=299 W/mK; -Alluminio λ=210 W/mK.
Se si scalda da un lato una sbarra costituita da uno di questi metalli si noterà che velocemente l’amento della temperatura si propagherà anche alle restanti parti fredde finché non verrà raggiunto un valore omogeneo per tutto il volume della sbarra.
Questo fenomeno dal punto di vista microscopico si spiega perché la fonte di calore fa aumentare l’energia cinetica delle molecole con l’incremento dell’oscillazione delle molecole che trasmette il movimento anche alle molecole adiacenti fredde con la conseguente propagazione dell’energia termica nel materiale.
In fisica il fenomeno è chiamato “conduzione termica” ed è esaltato specialmente nei metalli, tanto da venire utilizzati ogni volta che si testa un materiale adatto allo scambio termico con rapida trasmissione del calore.
I materiali con bassa conducibilità termica
I materiali che hanno basso valore della conducibilità termica sono definiti “isolanti”, in questi materiali il calore nel suo propagarsi incontra una certa resistenza che ne ostacola il passaggio attraverso un corpo definito isolante per la caratteristica struttura del materiale.
Se si ripete l’esperimento con riscaldamento di una sbarra di materiale isolante, difficilmente la sbarra subirà temperature elevate né si avrà trasmissione di calore all’estremo opposto.
Questa caratteristica fa sì che i materiali isolanti sono molto utili nel settore edile, dove le coibentazioni assumono un aspetto fondamentale nelle edificazioni con grandi risparmi di energia per la climatizzazione degli ambienti interni.
I valori abbinati a questi tipi di materiali sono quelli con il valore minore di λ, più è basso e migliore è la resistenza al passaggio di flusso di calore e quindi migliore sarà l’effetto desiderato.
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