Re: Filo riscaldato

From: Mino Saccone <mino.granosaccone_at_fastwebnet.it>
Date: Sun, 11 Jul 2004 23:35:59 +0200

"Giacomo Ciani" <giacomo.ciani_at_LEVAQUESTO.tiscalinet.it> ha scritto nel
messaggio news:2ld6a3FbeukrU2_at_uni-berlin.de...
>
> > Bene tutti questi tre addendi dello scambio termico riguardano solo la
> > superficie. Nessuno dei tre e' minimamente interessato all'andamento
> > della temperatura all'interno della barretta. Ecco perche' la sua
> > conducibilita' termica e' poco importante, almeno agli effetti della
> > temperatura raggiunta nell'aria libera.
>
> Beh, ma ho due obiezioni da fare:
>
> - se la barretta conducesse pochissimo, il calore prodotto in prossimit�
> della superficie potrebbe esser scambiato con l'esterno, mentre quello
> prodotto all'interno farebbe aumentare molto la tempertura del "core"
> senza per� poter contribuire allo scambio termico con l'esterno.

No, il calore, ovunque prodotto all'interno della barretta, prima o poi,
raggiunge la superficie. E "prima o poi" sta a significare che, esaurito il
transitorio, il flusso totale alla superficie e' uguale al calore prodotto
in tutto il volume.


Ecco
> che allora di tutta la potenza fornita per effetto joule solo quella che
> si "sprigiona" vicino alla superficie lavorerebbe per tener su la
> temperatura e contrastare la dissipazione, con il risultato che la
> temperatura di equilibrio sarebbe pi� bassa. Ora, quest'effetto pu�
> anche essere del tutto trascurabile, ma va giustificato/verificato...
>

No, vedi sopra.


> - ma se considero lo scambio termico tra due materiali (in questo caso
> aria e metallo), non entrano in gioco le conducibilit� di entrambi?
> Immaginiamo di avere due corpi A e B con capacit� termica quasi infinita
> (cos� la loro temperatura non varia apprezzabilmente durante il
> fenomeno), ma con conducibilit� termica diversa (altissima il primo,
> quasi nulla il seocndo): se li metto a contatto con un corpo C, questo
> assorbe la stessa potenza da entrambi? Io cos� a bomba direi di no...
> Quindi direi anche che l'aria, che prima di andarsene via per convezione
> devi venire a contatto con la superficie e con esa scambiare calore, si
> scalda pi� o meno velocemente a seconda di quanto � termicamente
> conduttore il filo... o no?

Di fatto la conducibilita' termica dell'aria e' talmente piu' piccola di
quella del metallo da poter essere considerata trascurabile.
Per avere un'idea di quanto piccola essa sia, provate in un giorno d'autunno
quando fa gia' molto freddo, ma i caloriferi non sono ancora accesi a fare
un bagno di schiuma e a uscire coperti dalla sola schiuma nell'aria fredda
del bagno. L'isolamento della schiuma e' altissimo e non si sente alcun
freddo. Questo perche' le bollicine di schiuma di fatto bloccano i moti
convettivi e resta solo la conducibilita' dell'aria imprigionata che,
essendo molto bassa, costituisce un vestito ad alto isolamento termico.
Circa lo stesso principio delle schiume solide come il polistirolo espanso.


>
> >Tagliando il polistirolo le
> > cose possono cambiare nella zona di contatto che potrebbe, proprio
> > per conducibilita' richiamare calore dalle zone non a contatto
> > circonvicine, ma qui le cose si complicano non poco e forse ci
> > interessa di piu' sviscerare almeno qualitativamente lo scambio con
> > l'ambiente circostante. Togliamo percio' di mezzo il polistirolo.
>
> Si, si... tanto di casino se ne fa abbsatnza anche senza! :-)
>
> > Come dicevamo gli addendo sono:
> >
> > Irraggiamento:
>
> Ok...
>
> > La conduzione pura e' trascurabile nell'aria.
>
> Come sopra: qui intendi il calore che si sposta per conduzione dagli
> strati d'aria pi� vicini al filo a quelli pi� lontatni, giusto?

Si', e come ho detto sopra questo contributo e' largamente trascurabile
rispetto al contributo convettivo.

>
> > La convezione naturale (senza cioe' una velocita' imposta p. es. da un
> > ventilatore, ma per pura variazione di peso specifico dell'aria in
> [...]
> > gravita', ma non da cio' che accade all'interno della barretta.
>
> Ok...
>
> > In altre parole: a calore imposto lo scambio termico avviene in due
> > zone indipendenti tra loro: l'interno della barretta e l'esterno.
>
> Non son d'accordo per quanto scritto all'inizio: la conducibilit�
> termica decide quanto il calore prodotto epr effetto joule all'interno
> della barretta pu� "essere usato" per mantenere la teperatura della
> superficie...


No, spero che ora si capisca che, per la conservazione dell'energia, il
calore, dovunque prodotto, arriva tutto quanto alla superficie. (vedi sopra)

>
> > Nota la temperatura dell'ambiente e le caratteristiche dell'aria si
> > puo' determinare la temperatura della superficie di scambio. Partendo
> > poi da questo risultato si puo' determinare, nota la conducibilita',
> > la distribuzione di temperatura all'interno del metallo.
> >
> > Diverso sarebbe il caso se invece di avere "potenza imposta" avessimo
> > "temperatura imposta" (p. es una barretta cava, un tubo insomma, in
> > cui scorre un liquido a temperatura data che "impone" questa
> > temperatura alla superficie interna). La barretta/tubo poi,
> > naturalmente immersa nell'aria. In questo caso la conducibilita'
> > della barretta, specie se bassa giocherebbe un ruolo tutt'altro che
> > trascurabile.
>
> Non capisco...non � la stessa cosa ma � simile: il "core" del filo � il
> tuo liquido, che riceve una cert quantit� di calore per unit� di tempo:
> se il materiale conduce, questo calore pu� arrivare in superficie e
> scaldarla, altrimenti no. Nei due casi la temperatura della superficie
> sar� diversa, ma la "potenza joule" sar� la stessa...
>

No, la differenza e' sostanziale e occorre capirla a fondo per distinguere i
due fenomeni.

Facciamo un caso estremo: la cosidetta "sindrome cinese" dal titolo del
famoso film che contiene tra l'altro un errore madornale: il reattore fuso
potrebbe al massimo raggiugere il centro della terra e non certo riemergere
fino alla Cina. Ma quest'ultima precisazione non c'entra con quello che sto
per dire e l'ho citata solo per amore di completezza.

Un fenomeno nucleare non e' influenzato dalla temperatura a cui avviene
almeno non a quelle dell'ordine delle migliaia di gradi. La produzione di
calore non varia al variare della t. quindi, se il calore non viene
smaltito, la temperatura continua a salire inesorabilmente portando tutto
alla fusione. E' questo il rischio di un reattore nucleare a cui mancasse
per qualche anomalia il fluido refrigerante.
Una resistenza elettrica, anche se parliamo si quantita' inferiori e' un po'
nelle stesse condizioni: produce quella quantita' calore nell'unita' di
tempo e per unita' di volume circa indipendentemente dalla temperatura nel
punto in esame. Ne consegue, come nel reattore nucleare che, se aumentiamo
la resistenza termica o comunque diminuiamo il raffreddamento, la
temperatura salira' fino a ristabilire l'equilibrio, ovvero, aumentando t,
aumentera' lo scambio termico e cio' fino a scambiare esattamente il calore
prodotto. Questo, dato che la potenza termica in questo caso e' una
variabile indipendente deve sempre avvenire.

Nel caso invece della barretta a temperatura imposta dal liquido fluente, il
bilancio energetico e' molto diverso in quanto, per mantenere una
temperatura circa costante o poco dimuita tra l'entrata e l'uscita, il
fluido riscaldante fuoriesce con ancora quasi tutto il calore meno quel poco
ceduto appunto alla barretta. In questo caso, dato che la temperatura della
faccia interna e' fissata, variando p.es. la conducibilita', variera' il
calore trasmesso dalla barretta che e' poi quello sottratto al fluido caldo
il quale, quindi, uscira' solo un po' piu' o un po' meno caldo.


> Pensa te se avessimo considerato anche il polistirolo... ;-)
>
> Ciao
>
> Giacomo
>

Spero di essermi spiegato meglio stavolta

Saluti

Mino Saccone
Received on Sun Jul 11 2004 - 23:35:59 CEST

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