Cos'è diffusività termica?

Diffusività Termica

La diffusività termica, spesso indicata con la lettera greca α (alfa), è una proprietà fisica che caratterizza la velocità con cui un materiale varia la sua temperatura in risposta a un cambiamento termico. In termini più semplici, indica quanto rapidamente il calore si diffonde attraverso un materiale.

Matematicamente, la diffusività termica è definita come:

α = k / (ρ * c_p)

dove:

• k è la conduttività termica del materiale (misurata in W/(m·K)), che indica la sua capacità di condurre il calore.
• ρ è la densità del materiale (misurata in kg/m³).
• c_p è il calore specifico a pressione costante del materiale (misurato in J/(kg·K)), che indica la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di una unità di massa di 1 grado Celsius (o Kelvin).

L'unità di misura della diffusività termica nel Sistema Internazionale (SI) è m²/s.

Significato Fisico:

Un materiale con un'alta diffusività termica si riscalda o si raffredda rapidamente perché conduce il calore velocemente rispetto alla sua capacità di immagazzinarlo (cioè, rispetto alla sua densità e al suo calore specifico). Viceversa, un materiale con una bassa diffusività termica si riscalda o si raffredda lentamente perché conduce il calore lentamente oppure immagazzina una grande quantità di calore.

Fattori che influenzano la diffusività termica:

• Temperatura: La diffusività termica può variare con la temperatura.
• Composizione del materiale: Materiali diversi hanno diverse diffusività termiche a causa delle loro differenti conduttività termiche, densità e calori specifici.
• Fase: Solidi, liquidi e gas hanno diffusività termiche differenti. In generale, i solidi hanno le diffusività termiche più alte, seguiti dai liquidi e poi dai gas.
• Struttura: La struttura del materiale (ad esempio, la sua cristallinità o porosità) può influenzare la diffusività termica.

Applicazioni:

La diffusività termica è una proprietà importante in diverse applicazioni ingegneristiche e scientifiche, tra cui:

• Trasferimento di calore: Nella progettazione di sistemi di raffreddamento o riscaldamento.
• Scienza dei materiali: Nella caratterizzazione delle proprietà termiche dei materiali.
• Geofisica: Nello studio della propagazione del calore nella Terra.
• Ingegneria civile: Nella progettazione di edifici e infrastrutture per controllare la temperatura.
• Processi industriali: Nel controllo della temperatura in processi di produzione.