Che cos'è la conduzione termica?
La conduzione termica si riferisce al trasferimento di energia termica a causa di un oggetto con temperature diverse. Affinché l'energia termica venga trasferita mediante conduzione, non dovrebbe esserci movimento dell'oggetto nel suo insieme. L'energia termica si sposta sempre da quella di concentrazione più alta a quella più bassa, cioè da calda a fredda. Pertanto, se una parte di un oggetto è calda, il calore verrà trasferito tramite conduzione termica alla parte più fredda di tale oggetto. La conduzione termica avverrà anche se due diversi oggetti di diverse temperature si toccano.
Le particelle - come atomi e molecole - di un oggetto ad alta energia termica si muoveranno più velocemente di quella di un oggetto a bassa energia termica. Quando le particelle vengono riscaldate, possono spostarsi e urtarsi l'una nell'altra, trasferendo così energia. Nel caso di molti solidi, le particelle vibrano più velocemente, facendo vibrare le particelle circostanti. Quando l'energia termica viene trasferita, le particelle in movimento più veloci rallenteranno, diventando così più fredde, e le particelle in movimento più lente si muoveranno più velocemente, diventando così più calde. Ciò continuerà fino a quando l'oggetto non raggiungerà l'equilibrio termico.
Un esempio di conduzione termica è una pentola di metallo sulla stufa. Le particelle della fonte di calore si sposteranno e trasferiranno energia termica alle particelle del metallo, facendole muoversi più velocemente. Man mano che le particelle nella pentola si muovono più velocemente, la pentola diventa più calda. Inoltre, le particelle nella pentola trasferiranno il loro calore al cibo o al liquido all'interno della pentola. Ciò consente al cibo di cuocere o al liquido di bollire.
La velocità con cui un oggetto trasferisce il calore attraverso la conduzione è chiamata conducibilità termica. Un oggetto con bassa conduttività trasferirà il calore più lentamente di un oggetto con alta conduttività. Ecco perché alcune sostanze vengono utilizzate come isolanti mentre altre vengono utilizzate in applicazioni come la cottura. In generale, i solidi sono conduttori di calore migliori rispetto a liquidi e gas. Inoltre, i metalli sono generalmente conduttori termici migliori delle sostanze non metalliche.
La conduzione termica causata da elettroni in movimento è più efficiente della conduzione causata da vibrazioni. Il motivo per cui i metalli sono così buoni conduttori sia di calore che di elettricità è perché hanno molti elettroni che sono in grado di muoversi. Gli elettroni, tuttavia, generalmente non vanno molto lontano quando conducono energia termica, ma piuttosto si scontrano e trasferiscono energia termica ad altri elettroni vicini che possono quindi scontrarsi e trasferire energia termica in altri elettroni vicino a loro. Il risultato è un metodo di trasferimento di energia efficiente che conferisce a tali sostanze un'elevata conducibilità termica.