Il calore fuoriesce (o si trasferisce) dall’interno all’esterno (dall’alta temperatura alla bassa temperatura) attraverso tre meccanismi (singolarmente o in combinazione) da una casa:
- Conduzione
- Convezione
- Radiazione
Clicca qui per aprire una descrizione testuale degli esempi di trasferimento di calore per conduzione, convezione e radiazione
- Conduzione: il calore si muove attraverso le pareti di una casa dall’alta temperatura interna alla bassa temperatura esterna.
- Convezione: il calore che circola all’interno delle stanze di una casa.
- Radiazione: Calore dal sole che entra in una casa.
Conduzione
La conduzione è un processo attraverso il quale il calore viene trasferito dalla zona calda di un oggetto solido alla zona fredda di un oggetto solido attraverso la collisione delle particelle.
In altre parole, nei solidi gli atomi o le molecole non hanno la libertà di muoversi, come fanno i liquidi o i gas, quindi l’energia viene immagazzinata nella vibrazione degli atomi. Un atomo o una molecola con più energia trasferisce l’energia a un atomo o una molecola adiacente per contatto fisico o collisione.
Nell’immagine qui sotto, il calore (energia) è condotto dall’estremità dell’asta nella fiamma della candela verso l’estremità più fredda dell’asta mentre le vibrazioni di una molecola vengono passate alla successiva; tuttavia, non c’è movimento di atomi o molecole energetiche.
Clicca play per avviare l’animazione.
Clicca qui per aprire una descrizione testuale dell’animazione Candela a Conduzione
Esempio di Conduzione
Una mano tiene una barra di metallo sopra una candela accesa. Le molecole si riscaldano rapidamente nel punto in cui la fiamma tocca l’asta. Il calore si diffonde poi su tutta l’asta di metallo e il calore può essere percepito dalla mano.
Per quanto riguarda il riscaldamento residenziale, il calore viene trasferito per conduzione attraverso solidi come le pareti, i pavimenti e il tetto.
Clicca qui per aprire una descrizione testuale dell’esempio di Conduzione in relazione al riscaldamento residenziale
Esempio di conduzione in relazione al riscaldamento residenziale
Immagina la sezione di un muro in una casa. All’interno della casa ci sono 65°F e fuori ci sono 30°F. Due frecce puntano dall’interno della casa all’esterno per mostrare come il calore viene trasferito dall’interno della casa all’esterno attraverso il muro per conduzione.
La perdita di calore attraverso una parete solida per conduzione
Convezione
La convezione è un processo per cui il calore viene trasferito da una parte di un fluido (liquido o gas) all’altra attraverso il movimento del fluido stesso. Le regioni calde di un fluido o di un gas sono meno dense delle regioni più fredde, quindi tendono a salire. Mentre i fluidi più caldi salgono, vengono sostituiti da fluidi o gas più freddi provenienti dall’alto.
Nell’esempio qui sotto, il calore (energia) proveniente dalla fiamma della candela sale e viene sostituito dall’aria fredda che la circonda.
Clicca qui per aprire una descrizione testuale dell’animazione Candela per convezione
Esempio di convezione
Una mano è tenuta sopra una candela accesa. Mentre la candela riscalda l’aria, il calore sale verso la mano. Alla fine, diventa troppo caldo e la mano si allontana dalla candela.
Nel riscaldamento residenziale, la convezione è il meccanismo con cui il calore viene perso dall’aria calda che fuoriesce all’esterno quando le porte vengono aperte, o dall’aria fredda che entra in casa attraverso le crepe o le aperture di muri, finestre o porte. Quando l’aria fredda entra in contatto con il riscaldamento di una stanza, assorbe il calore e sale. L’aria fredda, essendo pesante, affonda sul pavimento e si riscalda, e così lentamente riscalda tutta l’aria della stanza.
Istruzioni: Premi il pulsante play qui sotto e osserva cosa succede all’aria fredda (frecce blu) quando entra in casa e incontra l’aria calda (frecce rosse) proveniente dalla bocchetta del riscaldamento:
Clicca qui per aprire una descrizione testuale dell’animazione Convezione in una stanza
Esempio di convezione in relazione al riscaldamento residenziale
Immagina una stanza con una porta aperta che lascia entrare aria fredda a sinistra e un radiatore che crea calore a destra. Mentre il radiatore riscalda l’aria intorno ad esso, l’aria sale e viene sostituita da aria fredda. Una volta che l’aria calda colpisce il soffitto, viaggia a sinistra verso la porta aperta, raffreddandosi mentre si muove. L’aria fredda dalla porta aperta viaggia a destra attraverso il pavimento verso il radiatore da riscaldare. L’effetto complessivo è una corrente circolare di convezione dell’aria all’interno della stanza.
Radiazione
La radiazione è il trasferimento di calore attraverso onde elettromagnetiche attraverso lo spazio. A differenza della convezione o della conduzione, dove l’energia dei gas, dei liquidi e dei solidi è trasferita dalle molecole con o senza il loro movimento fisico, la radiazione non ha bisogno di alcun mezzo (molecole o atomi). L’energia può essere trasferita per radiazione anche nel vuoto.
Nell’immagine qui sotto, la luce del sole viaggia verso la terra attraverso lo spazio, dove non ci sono gas, solidi o liquidi.
Clicca qui per aprire una descrizione testuale dell’animazione Esempio di Radiazione
Esempio di Radiazione
Immagina il Sole e la Terra con frecce che viaggiano dal Sole alla Terra attraverso lo spazio. Le frecce rappresentano l’energia che viaggia verso la Terra attraverso la radiazione, che non richiede alcun mezzo (atomi o molecole) per farlo.
Test Yourself
In primo luogo, identifica il tipo di perdita di calore domestico raffigurato nelle immagini A-J come: conduzione, convezione o radiazione. Poi clicca e trascina ogni immagine fino alla categoria corretta nella parte inferiore dello schermo.
Clicca qui per aprire una descrizione testuale dell’attività Test Yourself
Test Yourself: Tipi di perdita di calore
Identifica il tipo di perdita di calore (conduzione, convezione o radiazione) per ciascuno dei seguenti esempi:
- Calore che fuoriesce dal tetto di una casa
- Un fornello caldo
- Bollitura dell’acqua
- Una lampada alogena che produce luce e calore
- Una porta spalancata, lasciando entrare aria fredda
- Un fuoco che crea calore
- Calore che esce da un muro
- Uno specchio che riflette la luce del sole
- Calore che esce da una finestra
- Calore che esce da un camino
Risposte:
A. Conduzione
B. Radiazione
C. Convezione
D. Radiazione
E. Convezione
F. Radiazione
G. Conduzione
H. Radiazione
I. Conduzione
J. Radiazione
Riduzione del consumo di energia
Ci sono due modi in cui possiamo ridurre il consumo di energia.
- Il modo più conveniente è migliorare l'”involucro” della casa – le pareti, le finestre, le porte, il tetto e i pavimenti che racchiudono la casa – migliorando l’isolamento (perdite per conduzione) e sigillando le perdite d’aria con il calafataggio (perdite per convezione).
- Il secondo modo per ridurre il consumo energetico è migliorare l’efficienza del forno che fornisce il calore.
Clicca qui per aprire una descrizione testuale del del diagramma di Conduzione e Convezione
Disegno a linee di una casa con frecce che puntano dalle pareti e dal tetto che mostrano la conduzione & frecce che scorrono in un movimento circolare all’interno della casa mostrando la convezione.