Che cos'è il bilancio termico?
Il bilancio termico viene raggiunto quando la quantità di calore che entra in un sistema è uguale alla quantità di calore che lo lascia. La temperatura complessiva di un sistema nel bilancio termico rimane stabile nel tempo. In alcuni casi, è possibile utilizzare il termine bilancio energetico. I sistemi nei settori della biologia, geologia, produzione e progettazione di veicoli spaziali spesso devono essere mantenuti a temperature stabili per funzionare correttamente.
L'omeostasi negli animali include il concetto di mantenere relativamente stabile la temperatura interna dell'animale. In molti organismi, inclusi mammiferi e uccelli, la quantità di calore che esiste all'interno dell'organismo deve rimanere costante perché anche lievi fluttuazioni di calore possono causare la morte dell'organismo. Gli animali perdono calore attraverso la pelle e generano calore attraverso il loro metabolismo per compensare l'aumento e la diminuzione delle temperature esterne. Quando la quantità di calore che si irradia dall'animale e la quantità di calore generata o assorbita dall'animale sono relativamente uguali, quell'animale si trova in uno stato di bilancio termico.
In geologia, il termine bilancio termico si riferisce alla quantità di calore assorbito e rilasciato da un intero pianeta. Un pianeta è riscaldato dal sole e, in piccola parte, dal rilascio di magma dal nucleo del pianeta. Il pianeta irradia parte di quel calore indietro nello spazio. Il bilancio termico è un concetto importante geologicamente perché se il pianeta non è in uno stato di relativo equilibrio rispetto al calore, le temperature medie possono aumentare o diminuire, creando riscaldamento globale o raffreddamento globale. Anche un leggero cambiamento nel bilancio termico di un pianeta può influenzare gli organismi che abitano il pianeta.
Il bilancio termico è un concetto importante in ingegneria perché molte macchine funzionano solo entro un certo intervallo di temperature. I dispositivi chiamati dissipatori di calore vengono utilizzati per irradiare il calore in eccesso dai componenti elettrici in modo che le macchine possano mantenere una temperatura stabile. Allo stesso modo, i veicoli spaziali devono mantenere temperature relativamente stabili ma sono esposti a più calore mentre si spostano verso una fonte di calore, come il sole o un pianeta. Progettare queste imbarcazioni con sistemi di bilanciamento del calore adattabili consente loro di continuare a funzionare mentre viaggiano nello spazio.
Quando gli ingegneri progettano fabbriche, è necessario tenere conto del bilancio termico delle operazioni della fabbrica. In molti casi, il calore viene emesso da una fabbrica sotto forma di fumo o vapore. Ciò può sprecare energia che la fabbrica potrebbe riciclare, contribuendo a ridurre i costi operativi. Una fabbrica con un buon bilancio termico trova impiego per gran parte del calore aggiuntivo che crea.