Back to the topics list

conduzione

La conduzione è il processo mediante il quale qualcosa, come il calore o una corrente elettrica, si sposta da una sostanza a un'altra sostanza. La conduzione avviene nei solidi, nei liquidi e nei gas. Tuttavia, i solidi trasferiscono l'energia in modo più efficiente poiché le molecole nei solidi sono più fitte e le molecole sono più vicine tra loro.

• Affinché la conduzione avvenga tra due oggetti, questi devono toccarsi.
• Affinché la conduzione avvenga tra gli atomi all'interno dello stesso oggetto, devono anche toccarsi (o quasi toccarsi).

Conduzione del calore

La conduzione del calore si verifica quando le molecole aumentano di temperatura; vibrano e questa vibrazione e movimento trasmettono l'energia termica alle molecole circostanti.

Quando due corpi a temperatura diversa sono tenuti in contatto, il calore fluisce da un corpo ad alta temperatura verso il corpo a bassa temperatura . L'energia cinetica media della sostanza è una misura della temperatura del corpo. Quando c'è un aumento dell'energia cinetica media delle molecole di una sostanza, la sua temperatura aumenta, e se c'è una diminuzione dell'energia cinetica media delle molecole di una sostanza, la sua temperatura diminuisce.

Tieni una padella sul fuoco. La padella si scalda presto, perché il calore passa dalla fiamma alla padella. Ora togli la padella dal fuoco. A poco a poco la padella si raffredderà perché il calore viene trasferito dalla padella all'ambiente circostante. In entrambi i casi, il calore fluisce da un oggetto più caldo a un oggetto più freddo.

Avresti sperimentato che se tocchi una tazza di tè caldo, la tua mano sente il calore della tazza. Il motivo è che parte dell'energia termica viene trasferita dalla tazza alla tua mano. Il calore si trasferisce da un oggetto caldo a uno freddo se c'è contatto tra di loro. In fisica, diciamo che il trasferimento di calore richiede un mezzo. La conduzione termica è il movimento del calore da un oggetto a un altro che ha temperature diverse quando si toccano. Nei solidi, generalmente, il calore viene trasferito per conduzione. La conducibilità termica descrive l'efficienza con cui un materiale può far passare il calore attraverso di esso. È definito dal tasso di flusso di energia per unità di superficie rispetto a un gradiente di temperatura.

Legge di Fourier sulla conduzione del calore: la legge di Fourier mostra che l'energia termica si sposta da materiali più caldi a materiali più freddi. La legge di Fourier può essere scritta come

q = kAdT∕s

In questa equazione, q si riferisce alla velocità di conduzione del calore, A è l'area di trasferimento del calore, k è la conduttività termica del materiale, dT è la differenza di temperatura attraverso il materiale e s si riferisce allo spessore del materiale.

Esempi:

• Riscaldare i muscoli della schiena con una piastra elettrica.
• Se hai freddo e qualcuno ti tiene; il calore viene condotto dal loro corpo al tuo e ti senti caldo.
• Quando si friggono le verdure in padella. Il trasferimento del calore avviene dalla fiamma alla padella e quindi alle verdure.

Conduzione dell'elettricità

La conduzione di elettricità si verifica a causa del movimento di particelle elettricamente cariche attraverso un mezzo. Questo movimento può provocare una corrente elettrica, che può essere trasportata da elettroni o ioni. Un esempio di conduzione elettrica è quando vieni accidentalmente fulminato quando tocchi un filo sotto tensione perché il tuo corpo contiene acqua, che è un conduttore di elettricità. Un altro esempio è quando l'elettricità passa attraverso i fili, che sono conduttori, così possiamo guardare la TV o usare un computer.

La conduttività elettrica è una misura di quanto bene un materiale accoglie il movimento di una carica elettrica. Nei solidi come i metalli, gli elettroni sono debolmente legati agli atomi per cui gli elettroni possono muoversi liberamente da un atomo all'altro in un oggetto metallico. Questa mobilità degli elettroni ci consente di far passare una corrente elettrica attraverso di essa. Se riusciamo a far passare facilmente una corrente elettrica attraverso gli oggetti, li chiamiamo Buoni conduttori di elettricità. I materiali che non consentono all'elettricità di attraversarli sono noti come isolanti. La conduttività dei semiconduttori è intermedia tra quella di un isolante e quella di un conduttore. Un "vuoto perfetto" non contiene particelle cariche; i vuoti normalmente si comportano come ottimi isolanti.

La conduzione nei metalli è ben descritta dalla legge di Ohm , la quale afferma che la corrente è proporzionale al campo elettrico applicato. La facilità con cui la densità di corrente (corrente per area) j appare in un materiale è misurata dalla conducibilità σ , definita come:
j = σ E,

E è il campo elettrico in quella posizione e σ è la conduttività del materiale, una misura della facilità con cui le cariche si muovono attraverso di esso.

La conduttività o resistività elettrica di un materiale è una proprietà immutabile che non cambia rispetto alla dimensione o alla forma del materiale.

Ricarica per conduzione:
I corpi possono essere caricati con il metodo della conduzione, cioè per contatto. Per conduzione, il corpo acquisisce la stessa carica del corpo in carica.

Esperimento: crea un cilindro di carta facendo rotolare una striscia di carta su una matita e poi estraendo delicatamente la matita. Sospendere il cilindro di carta con un filo legato al suo centro. Prendi una bacchetta di vetro e strofinala con della seta in modo che abbia una carica positiva. Tocca il cilindro di carta con questa bacchetta di vetro. Rimuovere la bacchetta di vetro e poi avvicinare nuovamente la bacchetta di vetro al cilindro di carta.

Noterai che il cilindro di carta viene respinto dalla bacchetta di vetro, ciò significa che il cilindro di carta ha acquisito una carica positiva che è la stessa carica della bacchetta di vetro a causa della conduzione.

Esempi:

• I fili della tua casa conducono l'elettricità e consentono alle luci di accendersi quando premi l'interruttore.
• Con un telefono fisso, le onde sonore vengono convertite in elettricità e condotte tramite fili al telefono dell'altra persona dove vengono riconvertite in onde sonore.
• I parafulmini sono installati sugli edifici per attirare i fulmini che li colpiscono e conducono la loro energia nel terreno tramite fili collegati piuttosto che danneggiare la struttura.
• I cuori hanno il loro sistema di conduzione elettrica naturale. Quando un cuore batte, i suoi segnali elettrici fanno battere il cuore con un ritmo appropriato.
• Se l'impianto elettrico nel cuore di qualcuno non funziona correttamente, potrebbe essere necessario installare un pacemaker per simulare la conduzione.
• Gli ioni nell'acqua possono farla condurre elettricità. Ecco perché è importante evitare di nuotare durante un temporale; se un fulmine colpisce l'acqua, chiunque vi si trovi rischia la folgorazione.

Fotoconduttività

La fotoconduttività si verifica quando un materiale assorbe la radiazione elettromagnetica, determinando un cambiamento nella conduttività elettrica della sostanza. La radiazione elettromagnetica può essere causata da qualcosa di semplice come una luce che brilla su un semiconduttore o qualcosa di complesso come un materiale esposto a radiazioni gamma. Quando si verifica l'evento elettromagnetico, il numero di elettroni liberi aumenta, così come il numero di lacune elettroniche, aumentando così la conduttività elettrica dell'oggetto. Alcuni semiconduttori cristallini, come silicio, germanio, solfuro di piombo e solfuro di cadmio, e il relativo selenio semimetallico, sono fortemente fotoconduttivi

Esempi:

• Fotocopiatrici
• Pannelli solari
• Fotocellule
• Apparecchiature di rilevamento a infrarossi.

Buoni conduttori di calore ed elettricità

  Qualsiasi oggetto che trasferisce efficientemente energia termica o elettrica, o entrambe, è un conduttore. I materiali che non consentono il passaggio di calore ed elettricità sono un isolante.

I metalli generalmente trasferiscono il calore in modo efficiente e sono buoni conduttori di calore. I tessuti e il legno tendono a fornire una cattiva conduzione del calore. In generale, se una sostanza è un buon conduttore di energia termica, sarà anche un buon conduttore elettrico. Questo non è sempre vero; per esempio, la mica è un conduttore di calore ma un isolante elettrico. L'acqua salata è un cattivo conduttore di calore ma un buon conduttore elettrico. Tuttavia, in generale, lo stesso stretto agglomerato di atomi e il movimento relativamente libero dei loro elettroni che fa muovere l'energia termica nella sostanza fa muovere anche l'energia elettrica degli elettroni.

L'acqua pura, senza solidi disciolti, non è elettricamente conduttiva. La corrente elettrica scorre più facilmente quando l'acqua contiene più minerali disciolti. L'aria, una miscela di gas, generalmente non è un buon conduttore né di calore né di elettricità. L'aria, come l'acqua, è considerata un isolante. Tuttavia, quando le particelle nell'aria ricevono una forte carica elettrica, ad esempio, dall'elettricità statica accumulata (da un campo elettrico quando un fulmine sta per colpire o dal campo elettrico di una linea elettrica), l'aria può condurre elettricità.