Che cos'è la conduzione?

La conduzione si riferisce al trasferimento di energia attraverso il movimento di particelle che sono in contatto tra loro. In fisica, la parola "conduzione" è usata per descrivere tre diversi tipi di comportamento, che sono definiti dal tipo di energia che viene trasferita:

• Conduzione di calore (o conduzione termica) è il trasferimento di energia da una sostanza più calda a una più fredda attraverso un contatto diretto, come qualcuno che tocca la maniglia di una padella di metallo caldo.
• Conduzione elettrica è il trasferimento di particelle cariche elettricamente attraverso un mezzo, come l'elettricità che viaggia attraverso le linee elettriche della tua casa.
• Conduzione del suono (o conduzione acustica) è il trasferimento di onde sonore attraverso un mezzo, come le vibrazioni della musica ad alto volume che passa attraverso un muro.

Un materiale che fornisce una buona conduzione è chiamato a conduttore, mentre un materiale che fornisce una cattiva conduzione è chiamato un isolante.

Conduzione di calore

La conduzione del calore può essere intesa, a livello atomico, come particelle che trasferiscono fisicamente energia termica quando entrano in contatto fisico con particelle vicine. Ciò è simile alla spiegazione del calore da parte della teoria cinetica dei gas, sebbene il trasferimento di calore all'interno di un gas o di un liquido sia generalmente indicato come convezione. La velocità di trasferimento del calore nel tempo è chiamata corrente di calore ed è determinata dalla conducibilità termica del materiale, una quantità che indica la facilità con cui il calore viene condotto all'interno del materiale.

Ad esempio, se una sbarra di ferro viene riscaldata a un'estremità, come mostrato nell'immagine sopra, il calore viene inteso fisicamente come la vibrazione dei singoli atomi di ferro all'interno delle sbarre. Gli atomi sul lato più freddo della barra vibrano con meno energia. Quando le particelle energetiche vibrano, entrano in contatto con gli atomi di ferro adiacenti e impartiscono parte della loro energia a quegli altri atomi di ferro. Nel tempo, l'estremità calda della barra perde energia e l'estremità fredda della barra guadagna energia, fino a quando l'intera barra ha la stessa temperatura. Questo è uno stato noto come equilibrio termico.

Nel considerare il trasferimento di calore, tuttavia, nell'esempio sopra manca un punto importante: la sbarra di ferro non è un sistema isolato. In altre parole, non tutta l'energia dell'atomo di ferro riscaldato viene trasferita per conduzione negli atomi di ferro adiacenti. A meno che non sia tenuto sospeso da un isolante in una camera a vuoto, la barra di ferro è anche a contatto fisico con un tavolo o un'incudine o un altro oggetto, ed è anche a contatto con l'aria circostante. Man mano che le particelle d'aria entrano in contatto con la barra, anche loro acquisiranno energia e la porteranno via dalla barra (anche se lentamente, perché la conduttività termica dell'aria in movimento è molto piccola). Anche la barra è così calda che brilla, il che significa che irradia parte della sua energia termica sotto forma di luce. Questo è un altro modo in cui gli atomi vibranti stanno perdendo energia. Se lasciato da solo, la barra alla fine si raffredderà e raggiungerà l'equilibrio termico con l'aria circostante.

Conduzione elettrica

La conduzione elettrica si verifica quando un materiale consente a una corrente elettrica di attraversarlo. Se questo è possibile dipende dalla struttura fisica di come gli elettroni sono legati all'interno del materiale e dalla facilità con cui gli atomi possono rilasciare uno o più dei loro elettroni esterni negli atomi vicini. Il grado in cui un materiale inibisce la conduzione di una corrente elettrica è chiamato resistenza elettrica del materiale.

Alcuni materiali, se raffreddati a zero quasi assoluto, perdono tutta la resistenza elettrica e consentono alla corrente elettrica di fluire attraverso di essi senza perdita di energia. Questi materiali sono chiamati superconduttori.

Conduzione del suono

Il suono è creato fisicamente dalle vibrazioni, quindi è forse l'esempio più ovvio di conduzione. Un suono fa vibrare gli atomi all'interno di un materiale, liquido o gas e trasmette o conduce il suono attraverso il materiale. Un isolante sonico è un materiale i cui singoli atomi non vibrano facilmente, rendendolo ideale per l'uso nell'insonorizzazione.