La "massa" nel circuito termico
In un circuito elettrico la massa è la parte che funge da riferimento per
la misura delle tensioni e che è considerata a potenziale 0. Alla
massa fanno capo tutte le correnti di ritorno dai vari circuiti.
Nel circuito termico la "massa" è
costituita dall' ambiente in cui scarichiamo il calore. Intendiamo come
ambiente l' aria attorno al corpo caldo, aria che ha una temperatura minore
(altrimenti sarebbe l' aria a scaldare il corpo...).
Particolare molto importante, è che il
"potenziale", ovvero la temperatura, dell' ambiente normalmente non è a
zero gradi,
ma ha un certo valore: tecnicamente si considerano 20°C o 25°C come
temperature di riferimento. Di questo aspetto dovremo tener conto,
compensandolo nelle operazioni relative al movimento del calore in modo da
azzerarlo.
In effetti, la "massa" generale delle energie è da considerarsi
come l' intero universo di cui fa parte l' ambiente in cui sta l'
apparecchiatura. E questo ambiente, soprattutto come nel nostro caso, dotato
di atmosfera, ha comunque una sua energia che determina un certo range di
temperature, sempre superiori allo zero assoluto (0K = -273.15 °C)
Dal punto di vista del modello elettrico equivalente, la situazione
dovrebbe essere modificata in questo modo:
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Il circuito si chiude attraverso un ulteriore generatore, l'
ambiente, che possiede un livello di calore proprio.
La sua temperatura è la minima che può assumere qualsiasi corpo
che sia in quell' ambiente. |
- Se la temperatura ambiente è maggiore di 0°C, essa attribuirà
al corpo una energia termica corrispondente. Questa temperatura dovrà
essere aggiunta nei calcoli per determinare la situazione termica della
giunzione.
- Nel caso in cui la temperatura ambiente è al di sotto dello 0°C,
il suo valore sarà da sottrarre nei calcoli, in quanto il riferimento
delle valutazioni è a 0°C.
Certamente il sistema, dal punto di vista termico, si troverebbe in una
condizione migliore, dato che sarebbe possibile una maggiore dissipazione di
potenza nella giunzione. Se però si ritiene che una apparecchiatura che debba
funzionare in cima ad un monte o ai poli sia più semplice da realizzare di
una che debba funzionare ai tropici, si sbaglia, in quanto basse temperature
(al di sotto dei -25°C), se ottime dal punto di vista di un calcolo termico,
possono creare problemi di funzionamento al circuito, come la non partenza
degli oscillatori o la deviazione delle caratteristiche dei componenti tale da
portare a errori di misura, il problema delle condense, ecc.
In sostanza, però, quello che deve essere considerato non sono i
funzionamenti estremi, ma il fatto che la temperatura dell' ambiente,
al di fuori di aree controllate e stabilizzate (riscaldamento, condizionatori,
ecc.), può essere fortemente variabile. Anche alle nostre latitudini,
sono possibili escursioni da -20°C invernali a +40°C estivi e questo
richiede una certa attenzione da parte del progettista, dato che la temperatura ambiente è molto importante nel calcolo della situazione
termica (come lo sarebbe nel circuito elettrico l' aggiunta di una latro
generatore nel calcolo delle correnti/tensioni).
In pratica, la temperatura dell'ambiente (Ta):
- Influenza la temperatura del sistema in quanto fornisce al sistema
stesso una quantità di calore di base; è evidente a chiunque che
lavorare a 10°C o a 40°C presenta qualche differenza.
- E' influenzata dalla temperatura del sistema, ovvero il calore che il
sistema dissipa nell' ambiente contribuisce ad aumentarne la temperatura
- La temperatura dell'aria all'interno del sistema quando esso è in
funzione sarà maggiore di quella esterna. Di questo va tenuto conto, sia
nei calcoli, sia nella possibile necessità di introdurre mezzi di scambio
dell' aria
- e, sopratutto, la temperatura dell' ambiente in cui l' apparecchio lavorerà potrà
essere molto diversa da quella del laboratorio: di questo va tenuto conto.
Se la temperatura ambiente ha un valore soggettivo per persone diverse, è
un dato oggettivo e fondamentale nel calcolo dei sistemi termici. Calcolare il sistema termico per una temperatura ambiente di 20°C o di 60°C
fornisce risultati molto differenti.
Non si può, però, oltrepassare un limite sensato tra prestazioni e costi,
in funzione dell' applicazione reale. E' evidente che per far funzionare un dispositivo sotto il sole dei tropici
o vicino ad un altoforno richieda cure e costi diversi da quelli necessari a farlo funzionare nella
propria camera da letto. Così pure temperature ambiente troppo basse
possono essere un limite che impedisce il corretto funzionamento di parti
meccaniche o elettriche, tanto da poter richiedere sistemi di pre
riscaldamento. Progettare circuiti adatti a queste condizioni limite è
ben possibile, ma non ci sarà alcuna ragione per realizzare oggetti simili
per un uso domestico.
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