Qual è la connessione tra radiazione, convezione e conduzione?

Radiazione, convezione e conduzione sono tre modi diversi in cui il calore può essere trasferito. La convezione e la conduzione richiedono che la materia trasferisca il calore. Le radiazioni trasferiscono il calore attraverso lo spazio sotto forma di energia, come onde. Sebbene questi tre metodi di trasferimento del calore comportino principi diversi, possono essere compresi tutti sulla base della fisica del calore o dell'energia termica.

La materia è costituita da particelle che interagiscono tra loro per trasferire energia termica. Quando un materiale a temperatura più elevata viene a contatto con un materiale a temperatura più bassa, il calore scorre dal materiale più caldo a quello più freddo. Questo processo continuerà fino a quando i due materiali saranno alla stessa temperatura e avranno raggiunto uno stato di equilibrio termico.

Nella conduzione, un pezzo di materia più calda entra in contatto con un pezzo di materia più fredda e il calore fluisce dalla regione più calda a quella più fredda. Il calore viene condotto perché le particelle in rapido movimento della materia più calda trasferiscono energia alle molecole più fredde e più lente della materia più fredda. La capacità di un materiale di condurre calore dipende dalla sua struttura e consistenza molecolari. Ad esempio, i metalli sono conduttori di calore migliori rispetto al legno e i solidi sono conduttori di calore migliori rispetto ai liquidi.

La convezione trasferisce il calore in base a un diverso principio di movimento delle particelle. Quando le particelle possiedono una grande quantità di energia termica, questa energia le fa muovere più velocemente e si diffonde, rendendo il materiale meno denso. Le particelle in una regione più fredda hanno meno energia e si muovono lentamente, portando a una maggiore densità. In fluidi e gas, questo principio si traduce in regioni più fredde del materiale che affondano verso il fondo, mentre le regioni più calde salgono verso l'alto.

Una corrente è formata dalla circolazione di fluido o gas in questo schema. Questa si chiama corrente di convezione. Nell'atmosfera, ad esempio, l'aria fredda affonda mentre l'aria calda sale, producendo la circolazione.

Il terzo metodo di trasferimento di calore, la radiazione, non richiede alcun problema e non dipende dall'interazione delle particelle. Un esempio è la radiazione solare. Il calore del sole raggiunge la terra nonostante viaggi attraverso il vuoto dello spazio. Nel caso delle radiazioni, l'energia termica esiste sotto forma di onde. È un tipo di radiazione elettromagnetica, come la luce visibile.

Gli atomi assorbono l'energia della radiazione attraverso i loro elettroni, che usano l'energia per spostarsi a un livello superiore all'interno dell'atomo. Questa energia può essere emessa di nuovo quando l'elettrone scende al suo livello originale. La temperatura di un oggetto in presenza di radiazioni dipende da quanta energia assorbe rispetto a quanto emette, quindi un oggetto che assorbe più energia di quella che emette aumenterà di temperatura.