Temperatura di equilibrio dei liquidi miscelati

• Trasferimento di calore
• Temperatura di equilibrio

In termini molto semplici, la disciplina del trasferimento di calore si occupa esclusivamente di due aspetti: la temperatura e il flusso di calore. La temperatura rappresenta la quantità di energia termica disponibile, mentre il flusso di calore rappresenta il movimento dell’energia termica da un punto all’altro. Su scala microscopica, l’energia termica è correlata all’energia cinetica delle molecole. Maggiore è la temperatura di un materiale, maggiore è l’agitazione termica delle molecole che lo compongono (che si manifesta sia nel moto lineare che nelle modalità vibrazionali). È naturale che le regioni con maggiore energia cinetica molecolare trasferiscano tale energia alle regioni con minore energia cinetica. Diverse proprietà dei materiali contribuiscono a modulare il calore trasferito tra due regioni a temperature diverse. Tra gli esempi figurano la conducibilità termica, il calore specifico, la densità dei materiali, la velocità dei fluidi, la viscosità dei fluidi, l’emissività superficiale e altro ancora. Nel loro insieme, queste proprietà rendono la risoluzione di molti problemi di trasferimento di calore un processo complesso.

I meccanismi di trasferimento del calore possono essere suddivisi in tre grandi categorie.

Conduzione: le regioni con maggiore energia cinetica molecolare trasferiscono la propria energia termica alle regioni con minore energia molecolare attraverso collisioni molecolari dirette, un processo noto come conduzione. Nei metalli, una parte significativa dell’energia termica trasportata viene veicolata anche dagli elettroni della banda di conduzione.

Convezione: quando il calore si trasmette per conduzione a un fluido statico, provoca un’espansione volumetrica locale. A causa dei gradienti di pressione indotti dalla gravità, la particella di fluido espansa acquista galleggiabilità e si sposta, trasportando così il calore tramite il movimento del fluido (cioè la convezione) oltre che per conduzione. Tale movimento del fluido indotto dal calore in fluidi inizialmente statici è noto come convezione libera.

Si verifica quando due corpi a temperature diverse entrano in contatto; il calore fluisce dal corpo più caldo a quello più freddo.

Radiazione: tutti i materiali irradiano energia termica in quantità determinate dalla loro temperatura; tale energia viene trasportata da fotoni di luce nelle regioni dell’infrarosso e del visibile dello spettro elettromagnetico. Quando le temperature sono uniformi, il flusso radiativo tra gli oggetti è in equilibrio e non si verifica alcuno scambio netto di energia termica. L’equilibrio viene interrotto quando le temperature non sono uniformi e l’energia termica viene trasportata dalle superfici a temperatura più elevata verso quelle a temperatura più bassa.

• Calorimetro a miscelazione — HEA-008
• Termometro (-10° / +110 °) — HEA-005
• Cronometro digitale — MEC-055
• Bicchiere da laboratorio a forma bassa, vetro borosilicato, 500 ml — HEA-003
• Bilancia elettronica 300 g/precisione di lettura 0,01 g — CHE-015

• Qual è il meccanismo attraverso il quale si raggiunge la temperatura finale?
• Qual è la temperatura di equilibrio prevista? E perché è inferiore a 50 °C?