Termodinamica: applicazioni semplici.

1) Perché i maglioni tengono caldo

2) Perché il caldo umido è più fastidioso

3) Come mai si riesce a pattinare sul ghiaccio

4) Perché salendo di quota diventa più freddo

5) Perché piove

Cinque applicazioni della termodinamica spiegate in modo semplice e alla portata di tutti, in un certo senso possono essere considerate come alcune “FAQ” di questa materia enorme e bellissima, che solo per essere trattata in modo banale impiegherebbe un lungo tempo: di fatti queste spiegazioni saranno tutto tranne che complete e rigorose, la solita spazzatura che si trova sul web (diventa sempre più difficile trovarci roba di “qualità”, ahimé). Useremo, sfortunatamente, un principio di termodinamica classica (anzi, useremo principalmente l’equazione di stato senza neanche tirare in ballo i principi della termodinamica), con la speranza in futuro di usare la termodinamica un po’ meno classica, ma ci vorrà del tempo.

Via alle domande sulle Applicazioni pratiche e spicciole della termodinamica di tutti i giorni!


1) Perché i maglioni tengono caldo?

La termodinamica ci viene incontro anche a livello di scuola superiore per questa semplice applicazione: eppure molti di noi non ci hanno mai pensato. La risposta è semplice e veloce: L’aria è un cattivo, ma che dico, pessimo conduttore di calore. Essendo un pessimo conduttore di calore una maglia riesce a intrappolare uno strato d’aria sotto sé stesso che dopo un po’ di tempo riusciamo a scaldare. Questo strato d’aria, se pur in parte a contatto con l’aria esterna, non si raffredda significativamente (non di quanto riusciamo noi a scaldarlo col nostro corpo), e quindi sentiamo più caldo. Ovviamente la realtà dei fatti è che abbiamo dell’aria con una certa conducibilità termica, e due sorgenti (il nostro corpo e l’aria esterna) a temperature diverse, essendo la corrente di calore proporzionale alla superficie di contatto e alla conducibilità abbiamo che riducendo la superficie d’aria esposta al freddo c’è un flusso di calore minore, quindi ci teniamo per noi il nostro calore e ci raffreddiamo di meno.

2) Perché il caldo umido è più fastidioso?

Abbiamo un metodo naturale per difenderci dal caldo: la sudorazione. Sudando depositiamo un fluido (del tutto simile all’acqua, ma non, ovviamente, H2O purissima) sulla nostra pelle. Il sudore evapora assorbendo calore dal nostro organismo, quindi raffreddandolo. Con l’umidità dell’aria elevata abbiamo che l’aria è già satura, o quasi, di acqua, pertanto l’evaporazione del sudore è rallentata, sempre di più man mano che l’umidità aumenta, così abbiamo che chi tipicamente suda di più soffre enormemente l’umidità (ciao, mi chiamo Stefano!), e chi invece suda di meno è meno influenzato: anzi, si potrebbe quasi dire che sotto i 36°C l’aria umida assorbe più calore da noi, perché ha un calore specifico più elevato, dovuto appunto all’umidità (questo la dice lunga sulla veridicità del dato uscito in questi anni: “temperatura percepita”, che va tanto forte al telegiornale in periodo estivo)!

Se come me una volta in vita vostra avete provato sollievo a prendervi delle ventate in faccia col volto sudato non pensiate che sia lo stesso fenomeno: si tratta, sì, del sudore che assorbe calore da noi, ma solo perché viene raffreddato dal vento che ci picchia sopra! Contenti? adesso ogni volta che suderete penserete alla termodinamica. Andiamo avanti.

3) Come mai si riesce a pattinare sul ghiaccio?

Qua subentra la mia equazione preferita nella termodinamica “spicciola”

PV=nRT

È la famosa equazione di stato, che tutti conoscono, o forse tutti DOVREBBERO conoscere (sono nazista quando si tratta di termodinamica!), in quanto credo si insegni in tutte le scuole, a un certo punto del cammino, e sarebbe interessante discuterne qualche applicazione. Teoricamente funziona solo coi gas perfetti, ma per le nostre esigenze va benone anche per altro, in quanto non intendiamo tirare fuori dei numeri precisi ma solo constatare delle proporzionalità per vedere qualche piccola applicazione pratica a livello intuitivo, per cui possiamo tenere il livello basso. P è la pressione, V il volume, n è indicativo della quantità di gas che abbiamo, R è una costante, T la temperatura. Abbiamo dunque che a parità di quantità un fluido sottoposto a una maggior pressione tenderà o a diminuire il suo volume (molto comune nell’esperienza di tutti i giorni), oppure ad aumentare la sua temperatura. Non ci si pensa mai, ma anche questo caso è molto comune. Immaginiamo infatti di prendere un qualunque solido e di applicarci sopra una pressione. Come fa il solido in questione a diminuire il suo volume? Non potendo la sua “scelta” (poverino, non è troppo intelligente, difficilmente “sceglierà”) ricade sull’aumento di temperatura. Sembra strano, ma se ci pensate bene sono convinto che vi venga in mente che piegando un pezzo di alluminio numerose volte l’avete sentito più caldo, lo stesso può succedere martellando un chiodo e probabilmente è la stessa cosa anche quando si schiaccia il burro con la forchetta. Il ghiaccio non è immune a questo effetto, quindi quando passiamo la lama del pattino sul ghiaccio abbiamo che la pressione aumenta enormemente (la pressione è forza/superficie, la superficie di una lama è quasi nulla) e riesce a liquefare istantaneamente il ghiaccio, allora sì che può scivolare! (il ghiaccio non è per niente liscio di per sé: se qualcuno di voi ha sbrinato un congelatore forse se n’è accorto, passando una spatola sul ghiaccio succede di tutto, ma di certo non si “scivola”, cominciamo a scivolare quando il ghiaccio comincia a sciogliersi, e si scioglie facilmente proprio in virtù dell’equazione di stato). Nessuna magia, solo un semplice principio di termodinamica.

4) Come mai salendo di quota l’aria diventa più fredda?

Ci si potrebbe aspettare che le zone più calde dell’atmosfera siano quelle più in alto, in quanto sono più vicine al sole, anche se ovviamente sappiamo che non è così. In verità quello che accade è che la principale azione del sole è scaldare il suolo terrestre, che poi a sua volta scalda l’aria a partire dal basso; non bisogna pertanto sorprenderci se in alta montagna la temperatura è inferiore che a valle.
Qua entrerebbe di mezzo qualche principietto di temodinamica un pochino più avanzato che non abbiamo modo di discutere: vi basti sapere che la distanza fisica non è il solo parametro che influenza la conduzione di calore, anzi se andate a vedere non è neanche una variabile termodinamica significativa.

Un buon modello di colonne d’aria atmosferiche è il modello adiabatico (letteralmente: senza scambi di calore). Questo perché l’aria è un pessimo conduttore di calore, come accennato precedentemente, quindi il tempo impiegato dall’aria a scaldarsi o raffreddarsi è piccolo rispetto al tempo impiegato a raggiungere l’equilibrio meccanico (se fate una flautulenza in mare questa viene a galla molto prima di raffreddarsi: e lì è in contatto termico con l’acqua, un OTTIMO conduttore di calore!), quindi si ha che sostanzialmente l’aria va a posizionarsi in equilibrio con la sua pressione e densità e a quel punto si trova già con la temperatura in equilibrio con il resto dell’aria (equilibrio termodinamico).

Meno banale è il fenomeno della precipitazione vera e propria, perché se bastasse quello che ho appena detto sarebbe automatico che appena si vede una nuvola sta piovendo: è chiaro che non è così.

Infatti se è vero che quando il vapor d’acqua giunge in quota condensa, è meno realistico pensare che appena condensi riesca ad arrivare al suolo sottoforma di goccia: quello che succede più realisticamente è che una piccola goccia evapora e se ne torna nella nuvola ben prima di toccare il suolo, soprattutto se l’aria è sufficientemente secca.

Piccola parentesi, piccola domanda: in questo scenario di piccola applicazione della termodinamica dovreste aver potuto notare che la “nuvola” non è la cosa semplice che ci sembrava da bambini: è infatti un oggetto molto simpatico in continua ricerca di equilibrio, è una regione di spazio in equilibrio termodinamico e meccanico. Aspetta, cos’è? pensateci per casa: cos’è una nuvola? prese n particelle di una nuvola che succede a queste particelle nel tempo?
Vi avviso che forse non vi basta la termodinamica che conoscente, ma la vita diventa banale e noiosa se si parla solo di ciò che si sa!

Torniamo a noi: perché si riesca veramente ad ottenere una pioggia degna di tale nome dobbiamo avere una nube capace di formare dei cristalli di ghiaccio abbastanza grandi da vincere, con la propria forza peso, le correnti ascensionali dovute al riscaldamento durante la discesa: inoltre, una volta in caduta libera, è possibile che delle masse d’acqua maggiori entrino in contatto con masse più piccole, perché più lente, e riescano a trascinarle con sé. In quel modo si riesce ad ottenere una pioggia capace di toccare il suolo.

È un articolo scemo e di livello bassissimo, quasi squallido, ma spero che abbia aperto uno spiraglio da cui potrebbero entrare un mare di informazioni. E la termodinamica non è neanche questa roba qua che vedete, la termodinamica è un argomento enorme, molto interessante che va a scomodare temi sensibili come la struttura della materia. Sarebbe interessante, e se un giorno mi verrà in mente un modo lo farò. fare un articoletto (Termodinamica avanzata: applicazioni? :P) capace di far capire senza scadere nel tecnico come un fisico possa vedere il mondo della termodinamica, ensemble, macrostati, microstati e cosine simili. Si parte contando le palline, si finisce spaccando i vetri!

Il buco nero.

Forse alcuni di voi affezionati lettori (non si contano sulle dita) avranno avuto modo di notare il mio modo un po’ sgangherato e beciaro di protestare, la mia tendenza a contenere insulti più o meno velati alla gentaglia che occupa il parlamento, a questo o quel politico, a questa o quella fazione, a un punto o un’altro di qualche legge.
Non sono sempre stato così, c’erano tempi in cui credevo molto di più nella civiltà e nel rispetto, e credetemi, stavo meglio allora di adesso, non solo “fisicamente”, ma mi stimavo anche di più.
Con questo articolo intendo segnalare un sito, quello dei ricercatori precari dell’INFN, (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), che hanno un modo di protestare quasi poetico dal mio punto di vista, un bel nome, un bel logo, articoli ben fatti, commenti educati e tutti quanti sensatissimi. Dal mio punto di vista protestano nel modo ideale, invece di spargere odio nei confronti di chi li calpesta stanno cercando di farsi amare, cosa davvero difficile nell’italia d’oggi per gente onesta che lavora onestamente.

Il link è questo
Vi segnalo anche il loro video di presentazione, che spiega chi sono e per cosa combattono, lo trovate qua

Grazie dell’attenzione e complimenti agli autori e ai frequentatori del sito.

Assegnati i premi Ig Nobel 2008!

Per chi non lo sapesse i premi Ig Nobel sono una sorta di parodia dei premi nobel. Le ricerche, tuttavia, sono state tutte quante svolte realmente, finanziate e publicate da scienziati veri, quest’anno tra i vincitori c’è anche un italiano. Scrivo di seguito la lista dei vincitori.

Scienze Alimentari: Massimiliano Zampini (Università di Trento) e Charles Spence (Oxford University), per aver dimostrato che si può modificare la percezione di fragranza di una patatina, attraverso la riproduzione del rumore dello sgranocchiamento di una patatina fresca.

Archeologia: Astolfo G. Mello Araujo e José Carlos Marcelino (Università di San Paolo, Brasile), per aver dimostrato il ruolo degli armadilli nello spostamento dei reperti archeologici in un sito di scavo.

Biologia: Marie-Christine Cadiergues, Christel Joubert e Michel Franc (École Nationale Veterinaire, Tolosa, Francia), per aver dimostrato che le pulci che infestano i cani possono fare balzi più lunghi di quelle che infestano i gatti.

Economia: Geoffrey Miller, Joshua Tybur e Brent Jordan (University of New Mexico, USA), per aver dimostrato che la fase del ciclo ovulatorio di una ballerina di lap-dance influenza le mance che riceve.

Medicina: Dan Ariely (Duke University, USA), Rebecca Waber (MIT, USA), Baba Shiv (Stanford University, USA), e Ziv Carmon (INSEAD, Singapore), per aver dimostrato che il prezzo di un medicinale placebo è direttamente correlato alla sua efficacia percepita.

Fisica: Dorian Raymer (Ocean Observatories Initiative, Scripps Institution of Oceanography) e Douglas Smith (University of California, San Diego) per aver dimostrato che ammassi di fili non possono non formare dei nodi.

Per chi volesse più informazioni, anche sulle edizioni precedenti, c’è un’apposita pagina di Wikipedia

Impiego del tempo all’università

Spesso mi obbligo a stare a pisa, così, lontano da distrazioni, riesco a studiare. Questo però non è risultato del tutto esatto ultimamente, come suggerisce il grafico.

p.s.: Ovviamente questo “studio” fa parte del settore artistico dell’impiego del tempo.
p.p.s.: Si ringrazia tildhe per la scocciatura dell’avermi fatto notare le “o” poco tonde, le “p” brutte, le maiuscole che mancavano e le freccine venute pixellose. (dicesi “apporto alla realizzazione tecnica”) e per l’aiuto nelle conversioni delle percentuali in angoli.