Galileo, che pure seppe affrontare i misteri del cielo, amava invitare a:
“osservar gli effetti della natura che, quantunque appariscono minimi e di nessun conto, non devono mai dal filosofo disprezzarsi, perché le operazioni di natura sono tutte in pari grado degne di maraviglia, e perché anco da cose comuni, direi in certo modo vili, si possono trarre notizie molto curiose e nuove, e bene spesso remote da ogni immaginazione”
Questa serie di articoli si propone di stimolare l’attenzione su ciò che sta sempre davanti ai nostri occhi ma passa per lo più inosservato. Scopriremo che gli eventi e i fenomeni della vita quotidiana sono governati da Leggi Fisiche di validità universale. Cercheremo di dare risposte semplici e intuitive anche se a volte possiamo dare l’impressione di essere poco esaurienti o di non aver approfondito abbastanza. Desideriamo che questi articoli siano anzitutto una lettura divertente, e che siano per qualche lettore uno stimolo a cercare risposte più approfondite.
Luigi Catalani
Per molti di noi è una esperienza quotidiana far bollire l’acqua in una pentola. E’ a tutti familiare quella specie di sibilo, il cosiddetto canto della pentola che iniziamo ad ascoltare poco dopo averla messa sul fuoco. Il suono aumenta fino a scomparire quando l’acqua comincia a bollire.
Perché la pentola canta?
Tutta la materia è fatta di atomi. In natura ci sono 92 tipi diversi di atomi (per esempio, Idrogeno, Ossigeno, Ferro, Oro, Uranio ecc.). Gli atomi si combinano in molecole le quali si aggregano in sostanze chimiche costituendo la materia a noi visibile. Una molecola d’acqua è formata da un atomo di ossigeno legato a due atomi di idrogeno.
Se noi potessimo ingrandire una goccia d’acqua un miliardo di volte noi vedremmo un brulicare di molecole ma sempre incollate l’una all’altra.
Il movimento è tanto più veloce quanto più è alta la temperatura dell’acqua. Con l’aumentare della temperatura, alcune molecole possono staccarsi dalle altre andando via. L’insieme di queste molecole in fuga è il vapore acqueo. Ora torniamo alla pentola. All’aumentare della temperatura, sul fondo della pentola si formano delle bolle di vapore (che non sono bolle di aria, ma bolle di molecole d’acqua slegate tra di loro). Le bolle, essendo più leggere dell’acqua, si spostano verso l’alto e, venendo a contatto con gli strati d’acqua più freddi, si raffreddano, le molecole al loro interno tendono a rilegarsi tra di loro fino a che collassano ridiventando acqua liquida. E’ il collassare di miriadi di bollicine che genera quel caratteristico suono che abbiamo chiamato canto della pentola.
Il suono aumenta con l’aumentare delle bolle di vapore che collassano, cioè della temperatura dell’acqua. Alla fine però, quando tutta l’acqua è riscaldata fino alla temperatura di ebollizione, le bolle di vapore non collassano più perché nel loro cammino verso l’alto non incontrano strati di acqua più fredda. Il suono cessa e tutta la massa d’acqua nella pentola comincia a bollire perché le bolle arrivano intere sula superficie e si rompono a contatto dell’aria più fredda liberando le molecole d’acqua in esse contenute, cioè il vapore.
Calore e Temperatura
Abbiamo detto che le molecole d’acqua, pur legate tra di loro sono animate da un continuo moto vibratorio. Questo movimento, del tutto casuale, si chiama agitazione termica ed è una caratteristica di tutti gli atomi in natura e quindi di tutta la materia dell’universo. Ad un atomo in movimento è associata una energia cinetica. Il calore di un oggetto è la somma delle energie di tutti gli atomi che lo costituiscono: tanto più è alta (o bassa) questa energia tanto più caldo (o freddo) è il corpo.
Quando noi tocchiamo un oggetto, se i suoi atomi sono più agitati (più caldi) di quelli della nostra pelle, essi trasferiscono un pò della loro agitazione (calore) agli atomi della pelle. Noi percepiamo questa maggior agitazione (calore) con una sensazione di più caldo. Quando invece tocchiamo un oggetto i cui atomi sono meno agitati di quelli della nostra pelle abbiamo un trasferimento di agitazione dalla pelle all’oggetto e percepiamo una sensazione di meno caldo (o più freddo).
In Fisica le sensazioni non hanno senso, per cui si è convenuto di dargli un valore numerico che chiamiamo Temperatura. La temperatura si misura con il termometro. Il termometro convenzionale, cioè riconosciuto e accettato da tutti, è un tubicino vuoto di aria ma con una goccia di Mercurio che ha la proprietà di dilatarsi con la temperatura. Si da convenzionalmente il valore 0 al livello del mercurio quando il tubicino è immerso nel ghiaccio e 100 al livello del mercurio quando il tubicino è immerso nell’acqua bollente. Si divide poi l’intervallo tra i due livelli in 100 parti. Ogni parte è un Grado Centigrado (°C).
Il calore passa spontaneamente da un corpo più caldo a uno più freddo. MAI accade il contrario spontaneamente. Si può fare solo spendendo energia (per esempio nel frigorifero il calore viene trasferito dall’interno freddo all’esterno caldo, ma a spese della bolletta Enel).
Questo è un principio fondamentale della Termodinamica che ha importanti implicazioni sulla vita dell’Universo. Ma ne parleremo in un prossimo articolo.
Luigi Catalani nasce a Norma (LT) nel 1946. Si laurea in Ingegneria Elettronica con indirizzo Calcolatori e Controlli Automatici nel 1975. E’ assunto da una società romana leader nel settore della Meccanottica di precisione occupandosi di progettazione elettronica e software di sistemi di Aereofotogrammetria per applicazioni cartografiche civili e militari. Nel 1980 è assunto da una primaria azienda Aerospaziale italiana come dirigente del reparto progettazione e sviluppo di apparati avionici di bordo per aerei ed elicotteri militari e civili. Nel 1988 passa alle dipendenze di una società romana leader nel settore dei sistemi di difesa avionica con l’incarico di Project Manager per diversi contratti internazionali per lo sviluppo e produzione di apparati destinati alle aeronautiche di Italia, Germania, UK e Spagna. Nel 2007,nella stessa società, conclude la sua carriera in qualità di Responsabile Commerciale degli stessi contratti.
