convezione isoterma: linea (superficie) lungo la quale t è costante t 4 > t 3 > t 2 > t 1...
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Convezione Isoterma: linea (superficie) lungo la quale
T è costante
T4> T3 > T2 > T1 > T0
Quantità di energia trasmessa per unità di tempo t
Q
a tx
xQ
xx
tQ
tQ
Attenzione: t tempo
T Temperatura.
vtx
Non immettiamo energia in alcun modo: solo aria si muove verso P.
Velocità dell’aria
tempo di unità
termica energia
t
Q
tQ Energia termica che si trasmette
nell’unità di tempo CALORE
xQ
vtQ
diventa a
TcmQ xTcm
vtQ
Dato che si ha :
(a) diventa:
x
Tcmv
t
Q
gradiente di temperatura
x
T
L’energia termica che si trasmette nell’unità di tempo CALORE
t
Q
è proporzionale al
ATTENZIONE non abbiamo considerato ancora i segni: – o +?
Giorno:
Brezza di mare
Notte:
Brezza di terra
Riscaldamento per convezione naturale
Q=mcTQ=C T
C = capacità termica del mare elevata, di giorno per scaldarsiimpiega maggiore tempo degli strati superficiali della terra
Il mare di notte per raffreddarsi impiega maggiore tempo degli strati superficiali della terra.
Le correnti d’aria rispetto alla figura precedente si invertono.
Sistema di riscaldamento confortevole per le persone ideato in modo compatibile con la conservazione delle opere d'arte conservate nelle chiese
Friendly Heating
http://www.isac.cnr.it/~friendly-heating/indice.htm
Monitoraggiodi S. Maria Maggiore di
Rocca Piétore
Risultati relativi al friendly heating
termologia_05_pag 11.ppt
Trasmissione del CaloreConduzione
trasmissione di energia per azione molecolare
Tc> Tf
A
s
Q
tQ fc TT As
Q1
s
tkQ
fc TT A
Coefficiente di conducibiltà termica
Cofficiente di conducibilità termica (k)Materiale kcal/(m s ºC) J/(m s ºC)Aria 5.50∙10-6 2.30∙10-2
Calcestruzzo 3.10∙10-4 1.30Ferro 2.10∙10-2 8.79∙101
Lana di vetro 9.90∙10-6 4.14∙10-2
Malta 1.12∙10-4 4.69∙10-1
Mattone 1.55∙10-4 6.49∙10-1
Quercia 3.51∙10-5 1.47∙10-1
Pann. Sughero 8.60∙10-6 3.60∙10-2
Vetro 1.89∙10-4 7.91∙10-1
Tabella da PJ. Nolan
Esempio su conduzione
Tc
21.0 ºCTf
- 6.70 ºC
Qual è la quantità di energia che fluisce in un giorno attaverso una parete di quercia di spessore 10.0 cm, lunga
3.00 m ed alta 2.40 m?
s
tkQ
fc TT A
Da si ha
h
CsmJ
Q 24cm 10
Cº 70.60.21m 40.200.3
º1047.1 21
hs
1 3600
mcm
1 100
J1053.2 7Q
Tale energia deve essere fornita dal sistema di riscaldamento per mantenere la temperatura di 21 º C nell’ambiente interno.
A
s
mpoenergia/tepotenza sec],/[J[W] hkW o sec[energia] W
Watt
hkWatt 3.25s W3600 1000W
hkWatt J 1053.2 7
Q
Spessore equivalente di varie pareti
Lana di
vetro
1. Calcestruzzo
lv
lvlv st
kQ
fc TT A
ca
caca st
kQ
fc TT AA
s s
A
cslv QQ
Qual è lo spessore equivalente per avere lo stesso isolamento?
lv
ca
ca
lv
ca
ca
lv
lv
ss
kk
sk
sk
1
lv
calv kk
slv
calv k
ks
lv
ca
ca
lv
ca
ca
lv
lv
ss
kk
sk
sk
1
1.
lv
calvca kk
ss
m 14.3Cº s J/(m1014.4
C)º s J/(m30.1 cm .010
2
lv
calvca kk
ss
Spessore di calcestruzzo (sca) in sostituzione di 10 cm di lana vetro (slv):
m 1.57valori opportuni gli osostituend lv
mlvm kk
ss
m 1.91valori opportuni gli osostituend lv
vlvv kk
ss
m 0.36valori opportuni gli osostituend lv
qlvq k
kss
m 565valori opportuni gli osostituend lv
AllvAl kk
ss
Calcestruzzo
La lana di vetro è la soluzione migliore.
Mattone
Vetro
Legno di quercia
Alluminio
Ciclo di convezione sulle pareti con intecapedine
Dalla tabella delle conducibilità termica si ha per l’aria il minore k, pertanto il migliore isolamento o la peggiore conducibilità termica.
Putroppo si generano correnti convettive, che quindi trasmetto il calore dalla parete calda a quella fredda.
Impedendo il movimento dell’aria quindi si potrebbe ottenere un sistema isolato in modo ottimale.
L’utilizzo della lana vetro oppone resistenza al movimento dell’aria.
Il buon isolamento della lana vetro è dovuto alle sacche d’aria che si formano nelle fibre di vetro..
Isolamento della finestre a vetrocamera non ottimale per l’aria o gas pesanti, presenti all’interno con possibili correnti convettive..
Prendiamo una porzione infinitesima lungo l’estenzione della barra come dx
Prendiamo una areola della sezione che indichiamo con dS
s
tkQ
fc TTA
Ci sarà quindi una piccola quantità di calore (dQ) che passa attraverso quest’areola .Per le proporzioni infinitesimali si ha:
Dettaglio sul gradiente di temperatura
dtdSdx
dTkdQ
dim.
piccole
RiscrivoPer dimensioni infinitesimali quindi diventa
)(xT)( dxxT
)( dxx )(x
edefinizion
0dx dx
dT
0
dQ
dQ dtdSdxdT
k
Il Calore va dalla zona a temperatura più alta
Nella direzione della zona atemperatura più bassa.
Quindi c’è un segno -
Irraggiamento
Irraggiamento: Trasmissione dell’energia mediante onde elettromagnetiche.
Per lunghezze d’onda superiori a 0.72 m
m 1000 a 5.6 da
m 5.6 a 1.5 da
m 1.5 a 72.0 da
Infrarosso
VICINO
MEDIO
LONTANO
Le onde elettromagnetiche hanno la stessa velocità, la velocitàdella luce c= . c = 2.998 108 m/s. è la lunghezza d’onda in metri.
è la frequenza di oscillazione dell’onda.
Emissione di radiazione
Legge di Stefan-Boltzmann: ogni corpo alla temperatura T emette una quantità di energia proporzionale alla quarta potenza della temperatura assoluta.
tTAQ 4
Quantità di energia trasmessa
emittanza0 ÷ 1 costante di
BoltzmannSuperficie del corpo
Temperatura del corpo
tempo
4281067.5
Kms
J
Corpo nero (astrazione) assorbitore e emettitore perfetto ≡ = 1
Un corpo emette solo le radiazioni che riesce ad assorbire.
Assorbimento ed emissione
Corpo situato in un ambiente, l’energia totale assorbita sarà data dalla differenza tra l’energia assorbita dall’ambiente Qa e quella irragiata Qi
K 31027337 persT K 28327310 muroT
ia QQQ
Assumiamo siano corpi neri a= c=1
tTAtTAQQQ ccaaia44
tTTAQQQ caia )( 44
Esempio del corpo umano T= 37 ºC di fronte ad una parete a 10 ºC, Quanta energia viene ceduta al minuto? Assumiamo una superficie di 2 m2.
kcal -0.076 J320 60K 310283m 00.2K m s
J1067.5
)(
444242
8
44
s
tTTAQ persmuro
Radiazione di corpo nero in funzione di
hE
Legge di Planck:descrizione teorica della legge di
Boltzmann,assumendo che le onde
elettromagnetichepossono essere assorbite o emesse in
modo discreto (quanti).
Intensità rispetto a cresce fino a
Km10898.2
costante3
max
T
Legge di Wien dello spostamento.
s J1063.6 34 h
poi decresce.
max,
Rivelatore di onde elettromagnetiche (una finestra): l’occhio
nm 9660 660.9K m 10K 300
898.2
:K 300 ~ ambiente atemperatur a corpo Un
3max m nm 499μm 499.0
sole) del ra(temperatu ha siK 5800 T
max
nm 1150 3810μm 150.1810.3
:nzaincandesce ad lampade ha si 2500 2200 T
max
Emissività descrive quanto si avvicina un corpo al
comportamento perfetto del corpo nero
Emittanza è definita per un materiale reale, va misurata
volta per volta, usare tabelle è poco opportuno.
Emissività Tabelle
Come si nota dalla tabella si possono riportare degli intervalli
Un occhiata a materiali
di nostro interesse.
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