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FISICA AMBIENTALE 1 Antonio Ballarin Denti

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Presentazione sul tema: "FISICA AMBIENTALE 1 Antonio Ballarin Denti"— Transcript della presentazione:

1 FISICA AMBIENTALE 1 Antonio Ballarin Denti

2 FISICA AMBIENTALE 1 Lezioni calorimetria

3 TRASFERIMENTO DEL CALORE IMPORTANTE IN TUTTI I DISPOSITIVI PER LA CONVERSIONE DELLENERGIA Il trasferimento di calore tra sostanze a temperature diverse coinvolge: T: energia termica disponibile (energia cinetica) Q: densità di flusso di energia termica meccanismi principali: conduzione convezione irraggiamento

4 CONDUZIONE CALORE Se in un corpo esiste un gradiente di T, si ha flusso di energia termica dalle zone ad alta T (alta E cinetica ) a quelle a bassa T (bassa E cinetica ). collisioni dirette tra atomi o molecole La densità di flusso di energia termica sarà: (J m -2 s -1 ) Dove k è la conduttività termica, in (W m -1 k -1 ) Eq. Fourier

5 Proprietà di trasporto del calore di alcuni materiali a T = 300 K e condizioni normali materiale Densità (Kg m -3 ) Conduttività Termica (W m -1 k -1 ) Coefficiente di Fourier (10 -7 m -2 s -1 ) Coefficiente di contatto (J m -2 K -1 s -1/2 ) Air Glass fibre Urethane foam Cork Mineral wool granules Paper Glass Cement mortar Soft wood Hard wood Oak wood Brick Concrete Iron Aluminium Steel (C, Si) Copper Sand Soil Cotton Porcelain Human skin

6 CONVEZIONE Si ha quando un fluido (acqua, aria…) entra in contatto con un corpo la cui T è maggiore di quella del fluido stesso. Le particelle di fluido allinterfaccia scambiano calore con il corpo attraverso il trasferimento di E cinetica e si ha: T S = temperatura superficie corpo T = temperatura fluido h = coeff. di trasferimento del calore

7 CONVEZIONE LIBERA il moto del fluido, inizialmente in quiete, dipende solo da differenze di densità causate da grad. di T. CONVEZIONE FORZATA Fase h (Conv.Libera) h (Conv.Forzata) Gas Liquidi le differenze di densità dovute a grad. di T nel fluido hanno un effetto trascurabile sul moto. In questo caso il moto è dovuto a cause esterne (ventilatori, pompe).

8 IRRAGGIAMENTO Un corpo ad una certa temperatura T può emettere energia per irraggiamento e scambiare calore senza dover essere a contatto con un altro corpo, anche in presenza di vuoto.

9 Per un corpo non nero, con emissività, si ha: Emissione Totale di Corpo Nero = 5,67x10 -8 W m -2 K -4 -Corpo nero -Corpo non nero A -Corpo non nero B Scambio di calore tra il corpo a T S e lambiente a T :

10 Esempio di conducibilità del calore Vediamo il Flusso di calore in un caso monodimensionale, situazione stazionaria A: spessore d, due pareti a T 1 e T 2, T 1 < T 2 B: due spessori adiacenti, T 1 < T 2 < T 3 AB d Per una superficie di area A

11 T(x) è una linea retta tra (x 1,T 1 ) e (x 2,T 2 ) e: Resistenza di calore (W -1 K) (Analogia con legge di Ohm) CASO A CASO B …sommate in serie come le resistenze elettriche

12 Resistenza calorica: convezione Il flusso di calore da una superficie con temperatura T S ad un fluido con T

13 Resistenza calorica: irraggiamento T S temperatura del corpo T temperatura dellambiente R per una parete composta da 2 strati paralleli: Dove h 1 e h 2 riassumono le perdite o i guadagni dovuti a convezione o irraggiamento sui due lati

14 EQUAZIONE DI DIFFUSIONE DEL CALORE La T in una sostanza dipende da t e r: T=T(r, t) Aumento del contenuto di calore Flusso netto entrante per conduzione, q = k gradT Produzione interna di calore Se k è indipendente dalla posizione:

15 In una dimensione: Ponendo a=k/ c p (coefficiente di Fourier) si ottiene: In assenza di pozzi o sorgenti di calore:

16 Condizioni al contorno sinusoidali (1 dim): Dalleq. del calore si può dedurre come fluttuazioni (annuali o giornaliere) di T penetrino una parete di estensione infinita La soluzione sarà di tipo esponenziale Che fornisce i due parametri

17 Condizioni al contorno per un salto improvviso di temperatura: Soluzione, t 0 : Differenziando T(r, t): Coefficiente di contatto

18 Temperatura di equilibrio al contatto T1T1 T2T2 > t=0 Utile quando si studia il contatto della pelle umana con un materiale freddo o caldo

19 Scambio di calore nelle Fins Trasferimento totale di calore al fluido calore che passa a x=0

20 Riscaldamento Il calore solare è assorbito sulla superficie annerita. Poiché i materiali TIM hanno una conducibilità più bassa della parete, la maggior parte del calore assorbito fluisce allinterno.


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