6. Conduzione del calore. — Esaminiamo più attentamente il passaggio del calore in una sbarra scaldata a un estremo; e supponiamo, in principio, che la sbarra sia immersa in un ambiente che impedisca la propagazione laterale del calore. In tal caso ogni strato riceve dal precedente una certa quantità di calore, che in parte trattiene, elevando così la sua temperatura, e cede il resto allo strato successivo. Dopo alquanto tempo la temperatura dei vari strati rimane invariata, e d’allora in poi ogni strato cede al successivo il calore che riceve dal precedente. Se si misurano in tali condizioni, dette di regime permanente, le temperature dei vari punti della sbarra, si trova che esse sono uniformemente decrescenti, cioè che a spostamenti uguali lungo la sbarra corrispondono decrescimenti eguali di temperatura. Così se un estremo è tenuto a 100° e l’altro a 0°, per immersione permanente nei vapori d’acqua bollente e nel ghiaccio fondente, le temperature decresceranno uniformemente da 100° a 0°, e se la sbarra è lunga 100 centimetri si troverà che a ogni centimetro la temperatura si abbassa di 1°. Il diagramma AB delle temperature è allora una retta (fig. 7).

Se si cambia la natura della sbarra, si troverà inalterato il diagramma delle temperature, quando si aspetti che il regime permanente sia ottenuto. Ma misurandola quantità di calore che scorre lungo la sbarra, penetrando all’estremo C e riversandosi per B nel ghiaccio fondente, si trova che essa dipende notevolmente dalla natura della sbarra. Per alcuni corpi, detti buoni conduttori, quella quantità è piuttosto grande, ed è invece piccola per altri chiamati cattivi conduttori. In generale sono buoni conduttori i metalli, mentre il legno, il vetro e molti corpi organici sono cattivi conduttori.

Il moto del calore, in questo caso ideale che la sbarra sia sottratta a ogni perdita laterale, corrisponde al moto di un liquido in una condotta impermeabile, quale ad es., un tubo di ferro privo di fori. E come in una condotta, che non abbia perdite, tanta acqua penetra a un estremo quanta ne vien fuori dall’altro, così avviene del calore se le perdite laterali lungo la sbarra sono evitate.

In realtà però, non potendo la sbarra essere assolutamente isolata, gli strati di essa cedono all’ambiente parte del calore che ricevono dagli strati antecedenti. E quando tutto il calore penetrato dall’estremo A (fig. 8) si è andato perdendo lateralmente per via, il resto della sbarra resterà alla primitiva temperatura, come se l’estremo A non fosse riscaldato. La distribuzione delle temperature, rivelata da una serie di termometri, ne risulta pure alterata; e invece del diagramma rettilineo di prima si ha un diagramma che discende più rapidamente.

La caduta del diagramma dipende dall’entità delle perdite laterali, in relazione alla quantità totale del calore che penetra da A e si propaga verso l’altro estremo; cosicchè se, per due sbarre diverse, M, N le perdite laterali sono le stesse, ma nella prima circola, per la sua migliore conducibilità, una maggiore quantità di calore, il diagramma di M sarà meno depresso di quello di N, e perciò in strati corrispondenti la temperatura in M sarà maggiore che in N. È questo il caso delle sbarre immerse nell’aria e scaldate a un estremo; ed è perciò che noi possiamo toccare impunemente una bacchetta di legno fino a qualche centimetro dall’estremo rovente, mentre altrettanto non possiamo fare con una bacchetta di ferro o di rame.

Ma anche tra metalli diversi si posson riconoscere delle differenze notevoli. Così nelle due sbarre di ferro e di rame della figura 9, i cui estremi sono scaldati insieme, e lungo le quali sono attaccate con cera delle palline di legno, si vedran cadere, dopo un certo tempo, un maggior numero di palline dal lato del rame, poichè, essendo questo più conduttore del ferro, si raggiunge anche a distanze maggiori la temperatura a cui fonde la cera. E appunto le conducibilità dei diversi metalli sono state confrontate misurando per sbarre di natura diversa, e poste in identiche condizioni, le temperature nei punti corrispondenti. I metalli si presentano allora in quest’ordine di conducibilità decrescente: argento, rame, oro, zinco, stagno, ferro, piombo, platino.

Nei liquidi, quando si prendano le precauzioni necessarie per evitare la propagazione del calore per convezione (per esempio scaldandoli dal di sopra) la conducibilità è piccolissima. Per i gas non si potrà impedire il rimescolamento delle varie parti, conseguenza necessaria della teoria cinetica; ma imprigionandoli in piccole cavità come ha luogo nei corpi porosi, nella segatura, nelle stoffe, nelle pelliccerie ecc., si ottengono i migliori isolanti pel calore. Di ciò si trae, com’è noto, grande profitto nella vita pratica.

La conducibilità termica dei corpi influisce moltissimo nel determinare il senso di caldo o di freddo che essi producono al contatto della nostra mano. Un pezzo di legno e un pezzo di rame, aventi la stessa temperatura, daranno una sensazione diversa al contatto; e precisamente se la loro temperatura comune è più alta di quella della mano, apparirà più caldo il rame; se invece è più bassa, apparirà meno freddo il legno. Per spiegare queste apparenze si osservi che la sensazione di caldo o di freddo al contatto della mano deve dipendere dalla quantità di calore che viene progressivamente comunicata o sottratta alla mano nel posto ove ha luogo il contatto; ed è evidente che questi scambi di calore si accentueranno al contatto di un corpo buon conduttore, poichè, oltre ai punti direttamente toccati, intervengono anche le regioni vicine.