Re: Conduttore elettrico e conduttore termico

From: Soviet_Mario <Soviet.Mario_at_CCCP.MIR>
Date: Mon, 12 Dec 2011 20:10:29 +0100

Il 10/12/2011 10:22, lionelgreenstreet ha scritto:
> Salve a tutti,
> ho un dubbio sul quale vorrei chiedere il vostro parere. Io ho sempre
> ritenuto valida l'equivalenza buon conduttore elettrico=buon
> conduttore termico. Vedi i metalli.

come trend "medio", spannometrico, non � poi da buttare. MA
come regola non � accettabile. Evidentemente non conoscevi
il coefficiente di conducibilit� termica ed elettrica del
DIAMANTE. In particolare se puro, � tra i migliori isolanti,
e anche termicamente un conduttore cos� buono che umilia
rame ed argento, molto famosi. Non a caso gli utensili da
taglio diamantati o con inserti taglienti in diamante, non
richiedono nemmeno raffreddamento e possono essere usati a
secco, tanto efficacemente dissipano calore (non su ferro,
ma per una ragione chimica, C � solubile in ferro molto caldo)

> Ora non ne sono pi� convinto: vedi
> la ceramica.

beh, non � un ottimo esempio di buon conduttore termico di
norma. Anzi ALCUNE ceramiche sono estremamente buone come
isolanti e si possono usare come refrattari da manipolazione
senza manici.

> Detto in maniera "grezza", la conduzione elettrica
> avviene per via del movimento ordinato di elettroni se questi sono
> sottoposti ad un campo elettrico esterno. Quindi condizione necessaria
> per la generazione di corrente e che gli elettroni che vi partecipano
> siano liberi di muoversi. Considero il fenomeno della conduzione
> termica: questa � generata (correggetemi dove sbaglio) dai fononi,

non so valutare se il verbo "generata" sia appropriato, ma
la facilit� con cui viaggiano i fononi su lunghe distanze
sicuramente aumenta.
Altro esempio : i conduttori anisotropi.
Un fascio orientato di nanotubi in carbonio, ha una
conducibilit� termica lungo l'asse delle fibre gigantesca,
mentre lateralmente � un OTTIMO isolante.
Evidentemente i fononi (sono modi normali di vibrazione)
viaggiano lisci sul reticolo rigido di legami, ma saltano
molto male nel vuoto da molecola a molecola.

> ovvero da quanti di moto vibrazionale dovuti alle oscillazioni degli
> atomi del reticolo del solido. Quindi nel primo caso la causa sono gli
> elettroni, nel secondo gli atomi del reticolo.

questo purtroppo non lo so. Se la propagazione del fonone
lungo il legame sia una trasmissione "diretta" da nucleo a
nucleo o pure essa mediata dagli elettroni di legame lo
ignoro. Empiricamente il fonone salta malvolentieri
attraverso lo spazio vuoto intermolecolare. Ora potrebbe
essere perch� il gap non � adeguato (troppa distanza) o per
la quasi totale assenza di densit� elettronica interposta
... non lo so, spero in integrazioni altrui.

> Da qui mi sorge un
> ulteriore dubbio: come si trasporta il calore da un corpo all'altro?
> Esempio: come fa un metallo a riscaldare l'aria circostante ? Mi sono
> dato una mezza risposta (quando le oscillazioni degli atomi decadono,
> viene emessa una radiazione associata e quindi il fonone si
> "trasforma" in fotone), ma non so se � corretta.

pi� che altro � parziale. Stai considerando il solo
irraggiamento. Il quale, a prescindere dalla dipendenza
fortissima dalla temperatura (con T alla quarta potenza) che
non spiega perch� una lamiera a 800 K scaldi poco meno di
una a 900 K (mentre il rapporto tra le due T^4 vale 1,602,
ossia il sessanta per cento in pi�), non spiega altri dati
empirici tipo che l'aria attorno ad una stufetta raggiante �
quasi fredda, mentre in una convettiva � molto calda.
Inoltre, considerando pure di assimilare il corpo caldo al
corpo nero, con uno spettro tipico, l'effetto riscaldante
dovrebbe essere piuttosto sensibile dallo spettro di
assorbimento dell'ossigeno e dell'azoto : che hanno
assorbimenti debolissimi sia nell'infrarosso che nelle
microonde (diversamente da metano, CO2, ozono, e sopra tutti
il vapore acqueo). Quindi se il corpo caldo scaldasse l'aria
solo per irraggiamento, gli effetti sarebbero veramente bassi.

> E quindi vero che un
> buon conduttore elettrico � anche un buon conduttore termico o questa
> relazione non � sempre valida? Perch�?

Beh, il discorso della non isotropia anche della conduzione
elettrica imho complica ulteriormente il problema.
Potendo essere propriet� anche molto fortemente variabili
secondo la direzione esaminata (ma noto un trend nel fatto
di essere entrambe facili o difficili lungo lo stesso asse),
bisogna prima chiarire se consideriamo solo i materiali
isotropi.

Spannometricamente, considerato che la conduzione elettrica
� per cos� dire "pi� restrittiva in media di quella
termica", direi che la stragrande parte dei buoni conduttori
elettrici � anche un buon conduttore termico, ma non
necessariamente un buon conduttore termico lo � anche elettrico.

Il caso che mi rende abbastanza perplesso � quello di un
plasma piuttosto rarefatto, come quello di un arco a bassa
pressione : come conduttore termico vale poco perch� � poco
denso, e un materiale essenzialmente vuoto quasi per
definizione � scarso come conduttore di calore, eppure non �
un pessimo conduttore di elettricit�, perch� � fatto di ioni
che, seppure non numerosi, possono accelerare liberamente e
si urtano di rado. Ora non so se sia proprio un esempio ben
scelto, ma cmq il fatto che si tratti di uno stato di
aggregazione anomalo non confuta la tendenza media di per s�.

Ho altri dubbi di cui per� non dispongo di nessun dato
"termico" quantitativo, e li elenco caso mai qualcuno ne
avesse esperienza

1) soluzioni elettrolitiche (hanno il problema della convezione)
2) soluzioni elettrolitiche pesantemente GELIFICATE
(ad es. disperdendo un polimero tipo agar, poliacrilammide)
non molto concentrate. Dovrebbero avere una conducibilit�
termica non tanto diversa da quella dell'acqua in assenza di
convezione, quindi mediocre, ed una elettrica moderatamente
buona (non certo da metalli cmq). Diciamo che � un caso
grigio, borderline
3) liquidi ionici : sono in pratica sali fusi alla T
ambiente (stesso problema di scorporare il contributo
convettivo)

4) --> conduttori solidi a ioni veloci <--
Ci sono vari elettroliti a stato solido, che a naso (ma non
ho dati) giudicherei cattivi conduttori termici. Penso alla
cosiddetta "sodio-beta-allumina". Ma sono discreti
conduttori elettrici, anche se non elettronici.

Effettivamente l'unico tra tutti gli esempi che mi son
saltato in mente dove coesiste una vera conduzione
elettronica (manco sempre peraltro *) � il plasma rarefatto

(* credo che, secondo la genesi, la persistenza e le
condizioni, parte anche considerevole degli elettroni possa
essere catturata dal gas di supporto formando ioni negativi.
Per� presumo che in altre condizioni possano persistere
elettroni liberi)


ciao
Soviet


> grazie

Received on Mon Dec 12 2011 - 20:10:29 CET