Diffusività termica
Che cos'è la diffusività termica?
La diffusività termica è una proprietà termofisica di un corpo materiale che scaturisce dalla combinazione di conducibilità termica k, densità ρ e calore specifico c del corpo stesso e che esprime la capacità di accumulo del calore da parte dei materiali.
Al contrario della conducibilità termica che si adopera per descrivere la propagazione del calore in condizioni stazionarie, la diffusività termica descrive la propagazione di un campo termico in condizioni non stazionarie cioè quando le condizioni al contorno cambiamo in funzione del tempo. Ad esempio quando la temperatura esterna di una parete non è fissa ma cambia secondo una funzione matematica legata al tempo.
Definizione di diffusività termica
La diffusività termica α è definita come il rapporto tra la conducibilità termica k ed il prodotto tra la densità ρ del corpo per il suo calore specifico c:
L'unità di misura nel Sistema Internazionale della diffusività termica è il m2/s.
Il prodotto tra la densità ρ del corpo per il suo calore specifico c ha il significato di quantità di calore da fornire ad un'unità del volume del corpo per far aumentare la sua temperatura di 1°C.
La conducibilità termica k esprime invece quanto veloce il calore si propaga nel corpo (deriva dalla legge di conduzione di Fourier).
In particolare sappiamo che quando la superficie del corpo e altri parametri connessi alla temperatura sono costanti allora maggiore è la conducibilità termica maggiore sarà la velocità con cui si propagherà il calore.
Per cui il rapporto tra quanto veloce può propagarsi il calore in un corpo rispetto a quanto calore può essere immagazzinato nell'unità di volume restituisce l'informazione su quanto velocemente stia variando la temperatura del corpo.
Un valore basso di diffusività termica α, fissata una certa conducibilità termica k, si traduce nell'avere un valore elevato al denominatore dell'espressione che la definisce.
Cioè ci sarà bisogno di un grosso quantitativo di energia per aumentare di 1°C la temperatura di un'unità di volume del corpo.
Questa è la caratteristica dei materiali cattivi conduttori di calore che quindi sono caratterizzati da un basso valore di diffusività termica: i cattivi conduttori di calore come il legno sono in grado quindi di far propagare molto velocemente il calore attraverso di essi senza far aumentare la propria temperatura alla stessa alta velocità.
I conduttori di calore come i metalli sono invece caratterizzati da elevati valori di diffusività termica come è possibile notare nella seguente tabella:
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