Chimica e laboratorio triennio

Prof. TROIANO Sergio

Il calore, come è noto, è una forma di energia e la sua corrispondente grandezza intensiva è la temperatura.

Nel sistema internazionale, l'unità di misura del calore è il joule mentre nella pratica quotidiana è ancora molto usata la chilocaloria. Per passare chilocalorie a joule si deve moltiplicare per 4186 ed, ovviamente, per passare da joule a chilocaloria si deve dividere per 4186.

L’unita di misura della temperatura è il grado Kelvin, ma attualmente la scala centigrada è quella di gran lunga la più usata. Per passare comunque dalla scala centigrada o Celsius come essa viene anche chiamata, alla scala di Kelvin, è molto facile e basta aggiungere il numero 273.15. Ovviamente per passare dalla scala Kelvin a quella centigrada si deve sottrarre 273.15.Come esempio 16 gradi centigradi corrispondono a 16 +273.15=289.15 gradi Kelvin e 300 gradi Kelvin corrispondono a 300-273.15=16.85 gradi centigradi.

Il calore si può trasferire da un corpo ad un altro attraverso la conduzione, convezione e irraggiamento.

La conduzione è il sistema di trasferimento di calore che interessa i principalmente i solidi, ma anche, sebbene in misura minore, i liquidi ed i gas ed è regolata dalla legge di Fourier. Il calore si propaga da una molecola all'altra attraverso moti vibrazionali.

Il calore trasferito da una superficie calda ad una superficie fredda attraverso la conduzione nel caso di un solido a parete piana di spessore "s" è dato dalla seguente formula

Q = k * A * (T2 - T1) / Sp

Dove:

Q= calore trasferito in un secondo

K= coefficiente di conducibilità termica (dipende dal materiale)

A = superficie perpendicolare al flusso di calore in mq

T2 = temperatura della parete calda in °C (oppure °K)

T1 = temperatura della parete fredda in °C (oppure °K)

Sp = spessore della parete in m

Il calore trasferito nel caso di pareti a doppio strato, è dato dalla seguente formula:

Q = (dT) / (Sp1/(k1*A1) + Sp2/(k2*A2))

Dove:

dT = differenza di temperatura tra le due superfici estreme

Sp1 = spessore della parete 1

K1 = coefficiente di conducibilità del materiale del primo strato

A1 = superficie del primo strato

Sp1 = spessore della parete 2

K1 = coefficiente di conducibilità del materiale del secondo strato

A1 = superficie del secondo strato

Ovviamente se gli strati sono più di due la formula è analoga, aggiungendo, ovviamente, i termini degli altri strati.

Il problema si complica quando le superfici non sono piane perché l'area degli strati non è più, ovviamente, costante. Nel caso di pareti a cilindro cavo, la superficie da inserire nell'equazione di Fourier e la superficie media logaritmica calcolabile con la seguente formula:

Aml = (A2 - A1) / ln ( A2/a1)

Dove:

Aml = superficie media logaritmica

A2 = superficie maggiore

A1 = superficie minore

Ln = logaritmo naturale (funzione matematica da eseguirsi con la calcolatrice scentifica)

Nel caso che la forma del solido sia diversa sia da quella piana che da quella del cilindro cavo, il calcolo del calore trasmesso può assumere difficoltà insormontabili e deve essere fatto scomponendo il solido, in senso ortogonale al flusso del calore, in tante fettine ognuna delle quali può essere considareta come una parete piana e poi applicare la formula del solido a multistato vista prima.