L’estate è una stagione che piace a molti. Le sue temperature ci permettono di andare al mare in serenità, goderci lunghe giornate di caldo ma anche di osservare cose che nel resto dell’anno magari non notiamo.
Vi siete mai chiesti perché le lattine di birra lasciate in frigo sembrano più frizzanti? O perché dietro al congelatore che utilizzate per mantenere fredda la carne e le verdure per la grigliata c’è sempre quella folata di caldo? La termodinamica, oltre che essere una materia estremamente interessante, ci aiuta anche a capire queste “everyday things”.
Termodinamica: la scienza del calore
Tutti noi nel nostro percorso scolastico abbiamo sentito dire almeno una volta questa parola. Ma cos’è la termodinamica? Letteralmente la scienza che studia gli scambi di calore. Diciamo quindi che è molto vasta come materia. State uscendo dal letto la mattina e sentite freddo? Questa è termodinamica. Accendete il condizionatore? Termodinamica. Mettete il pollo in forno? Ancora termodinamica. Vi gettate acqua addosso per rinfrescarvi? Indovinate un po’, sempre termodinamica. In quasi tutte le azioni che facciamo avviene uno scambio di calore. Che siano le nostre cellule che producono energia per i muscoli, o il motore della macchina che si surriscalda, il calore è ovunque. Ma la domanda è: come si trasmette il calore? Sono tre i modi in cui questo avviene. Il primo è la conduzione. In questo caso, il calore si trasmette tramite contatto diretto tra due oggetti, proprio come quando toccate una pentola bollente o un blocco di ghiaccio. Se state toccando un oggetto più caldo di voi, il calore fluisce verso la vostra mano, se invece l’oggetto o la superficie sono più freddi di voi, accade il contrario. Il secondo metodo è la convezione, e incredibilmente, è una cosa che milioni di amanti della pasta asciutta sperimentano ogni giorno. Quando mettete a bollire l’acqua infatti, essa si riscalda per convezione. Quegli strani volteggi circolari che compie dal fondo al filo della pentola, sono infatti detti moti convettivi, simili a quelli che il magma fa nel mantello sotto la crosta terrestre. Questo tipo di passaggio di calore è tipico dei fluidi, che siano liquidi o gas. Il terzo metodo, forse quello più interessante, è l’irraggiamento. Questa forma di trasmissione avviene letteralmente ovunque e, a differenza dei primi due, può avvenire anche nel vuoto. L’irraggiamento è il modo in cui il sole trasmette calore alla Terra, oltre che essere responsabile di circa il 70% della trasmissione di calore di tutto l’universo. Adesso che abbiamo capito come si trasmette il calore, cerchiamo di capire che differenza fa il verso in cui esso viene trasmesso. Quando il calore viene spostato da un corpo più caldo a uno più freddo cosa accade? E per il contrario?
Termodinamica e la griglia di Ferragosto
E anche quest’anno avete optato per la grigliata il 15 agosto. Fortunatamente però, non siete il cuoco e non dovete avere a che fare con fuoco e braci. Proviamo a capire invece cosa prova il poveretto. Come detto prima, la termodinamica si occupa di trasmissione del calore. La legna, bruciando, produce calore, che viene trasmesso alle particelle di aria circostanti e poi direttamente sul viso del malcapitato di fronte alla griglia. La trasmissione di calore produce un aumento di temperatura, che sommata al sole cocente di metà estate, cambia addirittura il colore della pelle di chi vi stia vicino per troppo tempo. Insomma, se non si sta attenti si cuoce prima l’addetto alla carne che la carne stessa. Fortunatamente però, l’aria che respiriamo è anche un potente isolante. In poche parole, aiuta a fare in modo che il calore si trasmetta meno, o comunque più lentamente. Altre sostanze, come l’acqua o i metalli, sono invece dei conduttori. Questo è il motivo per cui se tocchiamo un filo d’erba o una zolla di terra sotto il sole cocente non ci sembrano poi così caldi, se invece tocchiamo una panchina di metallo alla stessa temperatura, non riusciamo a resistere più di qualche secondo. I metalli sono dei conduttori migliori della terra, perciò il calore fluisce di più verso la nostra mano. Lo stesso fenomeno è quello che ci fa percepire le piastrelle del bagno più fredde rispetto allo specchio o all’aria circostante. “Se dopo la grigliata volete lanciarvi in piscina ricordate sempre di attendere un po’” dice saggiamente la vicina onde evitare ambulanze nei pressi di casa sua. La motivazione dietro questa frase? Di nuovo la termodinamica. L’acqua è un buon conduttore di calore, ragion per cui indossare vestiti umidi d’inverno aumenta la dispersione di calore dal nostro corpo e il senso di freddo, così come buttarsi in acqua, anche se si trova intorno ai 25°, può essere un problema quando questa arriva a contatto con i 36° del nostro corpo. La dispersione di calore in acqua è tale che il nostro cervello, per mantenere la temperatura costante blocca la digestione, e manda l’energia in altre parti del corpo. Ecco allora che melanzane e salsicce vi si bloccano sullo stomaco e arriva la congestione. Per la cronaca, l’acqua è talmente peggiore come isolante rispetto all’aria, che piuttosto di indossare con dei vestiti bagnati, è consigliabile non indossarne affatto per evitare di congelare.
Termodinamica e il congelatore di Ferragosto
E così avete messo le birre in frigo. Assieme ad acqua e bibite gassate. Quando però le tirate fuori, vi rendete conto che, oltre alla freschezza, sono diventate anche più frizzanti. Questo perché quando raffreddiamo una bibita, il gas al suo interno si raffredda. Un gas se raffreddato diminuisce molto di volume. In qualche modo quindi le bolle di gas diventano più piccole, e l’effetto sulla nostra lingua è una maggiore “frizzantezza”. Se poi parliamo di congelatori e frigoriferi, è impossibile non citare il famoso secondo principio della termodinamica. Tra le sue diverse scritture e interpretazioni c’è il fatto che una macchina termica non può produrre o sottrarre calore senza un certo lavoro. Questo cosa significa? Significa che il frigorifero, per funzionare e mantenere i 4° all’interno, ha bisogno di una certa energia elettrica, e al contempo di espellere il calore che “toglie” ai cibi e alle bevande. Per questa ragione passando dietro al frigorifero, o vicino allo scarico del condizionatore, sentite quella folata di calore, spesso umido, che vi toglie il respiro. Un altro esempio interessante di raffreddamento è quello del ghiaccio sportivo. A quanti di noi è capitato di fare una partitella a calcio in spiaggia e vedere l’amico fuori forma finire a gambe all’aria? In quei momenti può essere cruciale intervenire subito a lenire il dolore con qualcosa di fresco. Una delle soluzioni è il ghiaccio sportivo. All’interno del sacchetto, su cui è posta l’indicazione di colpire con forza, è presente una sacca con dell’acqua che reagendo con delle palline di nitrato, presenti al di fuori della sacca, danno origine a una reazione endotermica. Le reazioni endotermiche sono in generale delle reazioni chimiche che tolgono energia all’ambiente circostante, in particolare calore. Quando quindi il sacco viene posto a contatto con la pelle l’effetto è rinfrescante, e il nostro amico è salvo. Insomma tra chimica e fisica, la termodinamica è una scienza vasta e interessante, ma specialmente molto utile per descrivere fenomeni di ogni giorno, a cui spesso non facciamo caso.
