La conducibilità termica

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Le strutture delle macchine utensili devono essere costruite in materiali tali per cui non solo garantiscano elevata rigidità ma che anche permettano la dissipazione di calore in maniera adeguata.

In passate edizioni si è parlato di fenomenologie che hanno una relazione intrinseca con la protagonista della presente. Infatti, se è vero che la conducibilità termica è una grandezza propria con una sua caratterizzazione e fenomenologia, è indubbio che la sua scoperta e teorizzazione scientifica richiedesse che alcuni concetti preliminari venissero attraverso i secoli adeguatamente esplorati. Concetti come il calore e la sua trasmissione, la temperatura e la sua misurazione dovevano emergere prima che si potesse arrivare al concetto di conducibilità termica.

La storia della conducibilità termica

Serviranno quasi trecento anni per arrivare a una formulazione scientifica corretta e rigorosa della conducibilità termica. Agli albori del ‘600, Galileo fu il primo a realizzare un rudimentale termometro, rivelatosi poi fondamentale nell’investigare tutto il mondo connesso alla termodinamica. Il termometro verrà migliorato e usato da Fahrenheit, che ha ideato la scala di temperatura tanto popolare nei paesi anglosassoni che porta il suo nome. Durante il 1700 si inizia a studiare, in largo ritardo rispetto all’evoluzione della scienza del calore, i fenomeni elettrici e quindi per estensione anche la conducibilità elettrica. Questo è di enorme rilevanza in quanto “l’analogia elettrica” ovvero la somiglianza del fenomeno fisico tra la conduzione del calore e la conduzione della elettricità è un principio che ha permesso sviluppi in entrambi i campi. Benjamin Franklin, inventore, scienziato, politico, autore e uno dei padri fondatori degli Stati Uniti d’America, a metà ‘700 fu il primo a osservare fenomeni di conduzione elettrica e di successivamente ipotizzare l’esistenza di un’analogia tra calore ed elettricità. Franklin andò oltre, dimostrando come alcuni materiali sono migliori conduttori elettrici di altri. Avendo anche stabilito che vi fosse una analogia con il calore diventò lecito ipotizzare che esistesse anche una conducibilità termica. Lo scienziato americano si spinse addirittura oltre conducendo degli esperimenti che qualitativamente dimostravano che alcuni materiali hanno una conducibilità termica maggiore rispetto ad altri. Purtroppo, come narrato in una scorsa edizione, i risultati da lui conseguiti non destarono particolare interesse principalmente in virtù del fatto che la comunità scientifica all’epoca e, per estensione, il mondo non erano ancora in grado di distinguere la differenza tra calore e temperatura. Il passo successivo fu compiuto da Joseph Black, un oscuro quanto influente fisico e chimico scozzese responsabile di importanti scoperte in entrambi i suoi campi di afferenza, che fu il primo a definire correttamente sia il calore latente che quello specifico di una sostanza. I primi finalmente a dimostrare in maniera conclusiva che la conducibilità termica di un corpo non dipende dalla sua posizione e fosse quindi una proprietà fisica, furono Rumford e Pictet. Fu poi il celeberrimo scienziato Fourier che fornì una conclusiva e definitiva formulazione sul fenomeno del calore la sua trasmissione e cosa lo influenza. Fourier risolse la questione della conduttività fornendo le qualità che sino a quel momento erano mancate per una caratterizzazione completa ovvero che fosse una proprietà specifica del materiale e la formulazione specifica in forma di equazione differenziale.

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