Calore e Temperatura - PPL Lezione 22

Propagazione del Calore

Slide 10 – Meccanismi di trasferimento del calore

Il calore si trasferisce attraverso quattro meccanismi. Tutti e quattro sono attivi in atmosfera e determinano la distribuzione della temperatura e i fenomeni meteo.

Meccanismo	Descrizione	Esempio in atmosfera
Conduzione	Trasferimento per contatto diretto tra molecole adiacenti	Riscaldamento dello strato d'aria a contatto con il suolo
Convezione	Trasporto di calore per moto di masse di fluido (moto verticale)	Termica, sviluppo nubi cumuliformi, temporali
Irraggiamento	Trasmissione per onde elettromagnetiche, senza mezzo	Radiazione solare (onda corta) e terrestre (onda lunga)
Avvezione	Trasporto di calore per moto orizzontale di masse d'aria	Venti caldi/freddi da zone diverse

Conduzione

Slide 11 – Il meccanismo di conduzione termica

La conduzione avviene quando molecole più calde cedono energia cinetica alle molecole adiacenti più fredde per urti diretti. È il meccanismo dominante nei solidi.

In atmosfera la conduzione è importante principalmente nello strato d'aria a diretto contatto con la superficie terrestre. L'aria, essendo un gas, è un cattivo conduttore termico – questo è il motivo per cui il riscaldamento si diffonde lentamente per sola conduzione.

Convezione

Slide 12 – Il meccanismo di convezione termica

La convezione si realizza attraverso moti verticali di masse di fluido: l'aria più calda (meno densa) sale, quella più fredda (più densa) scende, creando una circolazione cellulare.

Importanza per il volo: La convezione è alla base delle termiche (sfruttate dai parapendii e dagli alianti), della formazione dei cumuli, e degli sviluppi temporaleschi. L'aria instabile favorisce la convezione intensa.

Irraggiamento

Slide 13 – L'irraggiamento solare e terrestre

L'irraggiamento è la trasmissione di energia sotto forma di onde elettromagnetiche, senza necessità di un mezzo materiale.

Tipo	Sorgente	Lunghezza d'onda	Effetto
Radiazione solare	Sole	Corta (0,2–3 μm)	Riscalda la superficie terrestre
Radiazione terrestre	Terra	Lunga (3–100 μm)	Riscalda l'atmosfera dal basso

Avvezione

Slide 14 – L'avvezione: trasporto orizzontale di calore

L'avvezione è il trasporto di proprietà fisiche (calore, umidità, inquinanti) attraverso il moto orizzontale di masse d'aria. Si distingue dalla convezione che è verticale.

Avvezione calda: aria calda portata da venti provenienti da zone equatoriali o subtropicali.
Avvezione fredda: aria fredda portata da venti da zone polari (vento tramontana, bora).

Per il pilota: L'avvezione spiega i rapidi cambiamenti di temperatura e visibilità associati al passaggio dei fronti e alle brezze costiere. Lo Scirocco porta avvezione calda e sabbiosa; la Tramontana porta avvezione fredda e visibilità eccezionale.

Temperatura

Slide 15 – Definizione e scale di temperatura

La temperatura descrive l'attitudine di un corpo a scambiare calore con l'ambiente circostante o con altri corpi con cui viene in contatto. Si misura con il termometro.

Scala	Simbolo	Riferimenti	Uso
Celsius	°C	0°C = ghiaccio fondente; 100°C = acqua bollente	Uso comune, meteo, aviazione (OAT)
Kelvin	K	0 K = zero assoluto (−273°C)	Calcoli termodinamici (PV=nRT)
Fahrenheit	°F	32°F = ghiaccio fondente; 212°F = acqua bollente	Aviazione USA, POH americani

Conversione rapida: K = °C + 273 | °F = (°C × 9/5) + 32

Come si Riscalda l'Atmosfera

Slide 16 – Meccanismi di riscaldamento atmosferico

L'atmosfera si riscalda principalmente dal basso, non direttamente dalla radiazione solare.

La radiazione solare (onda corta) attraversa quasi indisturbata l'atmosfera e riscalda la superficie terrestre.
La superficie terrestre ri-emette energia a onda lunga (radiazione terrestre): questa è assorbita dall'atmosfera (CO₂, H₂O) che si riscalda.
Ulteriore riscaldamento avviene per calore sensibile (contatto diretto aria-suolo) e per convezione.

Slide 17 – Fattori che influenzano la distribuzione della temperatura

Fattori che influenzano la temperatura: distribuzione terre/oceani, orografia, caratteristiche termiche della superficie, latitudine (incidenza raggi solari), nuvolosità e pulviscolo, vapore acqueo, avvezioni orizzontali, trasporto verticale e correnti oceaniche.

Slide 18 – Incidenza dei raggi solari: latitudine e stagioni

L'incidenza dei raggi solari varia con la latitudine: alle latitudini equatoriali i raggi arrivano quasi perpendicolari → alta intensità per unità di superficie. Alle latitudini polari arrivano obliqui → energia distribuita su area maggiore → meno intensa.

Gradiente Termico Verticale

Slide 19 – Il gradiente termico verticale

La variazione della temperatura in quota si chiama Gradiente Termico Verticale. Poiché l'atmosfera si riscalda dal basso, normalmente la temperatura diminuisce con la quota.

Slide 20 – Strati dell'atmosfera e variazione di temperatura

Strato	Quota approssimativa	Andamento temperatura	Note
Troposfera	0–11 km (polo) / 0–16 km (equatore)	Diminuisce con quota: ~−6,5°C/1000 m (ISA)	Quasi tutto il meteo avviene qui
Tropopausa	~11 km	Temperatura quasi costante (~−56°C)	Limite superiore del volo suborbitale
Stratosfera	11–50 km	Aumenta con quota (ozono assorbe UV)	Voli supersonici a lunga percorrenza
Mesosfera	50–80 km	Diminuisce (fino a −100°C)	—
Termosfera	> 80 km	Aumenta fortemente	Aurora boreale, satelliti

Gradiente ISA standard in troposfera: −2°C ogni 1000 ft (−6,5°C ogni 1000 m). Questo valore è usato per calcolare la temperatura attesa a una quota data: T = 15 − (quota_ft ÷ 1000 × 2)