totocalcio27
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 Inviato: Sat Jul 16, 2011 11:15 am Oggetto: In fondo l'aria è fresca. |
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La sensazione di caldo e di freddo dipende dalla quantità di calore ricevuta e dalla conducibilità termica dei materiali.
“Che caldo! Accendi il ventilatore, così arriva un po' d'aria fresca!”. Chi non ha mai pronunciato questa frase in una torrida giornata estiva? Ma perché l'aria dovrebbe essere più fresca solo perché è agitata dalle pale del ventilatore? Con un po' di malignità si può perfino sostenere, dato che il motore del ventilatore in funzione si riscalda, che la temperatura della stanza dovrebbe leggermente aumentare. Ma allora, perché sentiamo una corrente di aria fresca?
Perché prima di entrare nella doccia ci sentiamo a nostro agio, mentre quando usciamo siamo attanagliati da una sensazione di freddo? Eppure la temperatura esterna alla doccia è rimasta sempre la stessa. Perché se tocchiamo un pezzo di legno ci sembra più caldo di uno di metallo? Eppure trovandosi nella stessa stanza i due pezzi di materiale diverso sono alla stessa temperatura.
Tutte queste situazioni paradossali derivano dal fatto cha la temperatura percepita è diversa dalla temperatura ambiente. Cos'è allora la temperatura di un corpo e come ne percepiamo i diversi livelli? La temperatura ha due importanti proprietà: 1) non è una qualità additiva, cioè un volume d'acqua a 50°C versato in un volume d'acqua a 20°C, non produce certamente acqua a 70°C; 2) tutti sanno che la temperatura tende a uniformarsi, perché le zone più calde riscaldano quelle più fredde: avviene un trasferimento termico dal caldo verso il freddo. Basandosi su queste due proprietà, si definisce l'equilibrio termico di un corpo come lo stato in cui la sua temperatura è costante e omogenea. In questa situazione, la temperatura quantifica l'agitazione degli atomi che compongono il corpo che si trova all'equilibrio termico: più velocemente si muovono gli atomi, più il corpo è caldo.
Come aumentare la temperatura di un corpo? Fornendogli energia (per scaldare dell'acqua bisogna metterla sul fuoco) o lavoro meccanico (per compressione un gas si riscalda). Riscaldando l'estremità di una barra di metallo, la temperatura si innalza progressivamente lungo tutta la barra. É il fenomeno della conduzione termica, studiato dal matematico Joseph Fourier.
Quando si mettono a contatto due corpi di diversa natura e temperatura (per esempio la mano e una superficie metallica), la temperatura di equilibrio della superficie di contatto si avvicinerà a quella del miglior conduttore termico. Quindi siccome il metallo è un conduttore termico migliore della mano che a sua volta è un migliore conduttore termico del legno, ecco spiegato il perché della sensazione di freddo quando tocchiamo il metallo e di caldo quando tocchiamo il pezzo di legno.
Oltre alla conduzione, un altro importante processo fisico implica il trasferimento di calore: la convezione. D'inverno, quando soffia il vento, sentiamo un freddo più intenso, perché il trasferimento termico per conduzione è sostituito da una trasferimento per convezione, più efficace. La convezione trasporta l'energia termica per mezzo di movimenti macroscopici di materia, forzati (ventilatori) o naturali (movimenti atmosferici).
Per esempio, l'aria calda che si trova in prossimità del termosifone di una stanza è meno densa del resto dell'aria. Salendo viene sostituita dall'aria fredda, che a sua volta si riscalderà. Questo naturale movimento ascensionale dell'aria tende a uniformare la temperatura della stanza. Se ci pensate bene usate il processo fisico della convezione tutte le mattine quando scaldate il latte con il fornello. Movimenti convettivi analoghi giocano un ruolo importante nei fenomeni atmosferici.
Il vento è un esempio di movimento di convezione forzata che aumenta gli scambi di calore fra l'interno e l'esterno del corpo. Lo scarto fra la temperatura percepita e quella reale è tanto maggiore quanto maggiore è lo scarto fra la temperatura reale e quella della pelle e quanto più efficace è la convenzione, cioè in tal caso quanto più forte è il vento. Per esempio, con un vento a -10°C che soffia a 30 km/h, la temperatura percepita è di -18°C.
Anche la presenza di acqua influisce sugli scambi di calore. Per noi è fondamentale il sudore in quanto, assorbendo una grande quantità di energia durante l'evaporazione, gioca un ruolo essenziale nella regolazione termica del nostro corpo. Una corrente d'aria sul viso sudato dà una forte sensazione di freschezza perché la convezione forzata induce l'evaporazione (così come il bucato umido asciuga più rapidamente quando c'è vento). Per misurare questa attivazione, osserviamo che un termometro la cui estremità è avvolta in un fazzoletto di carta umido indica una temperatura molto inferiore a quella che misurerebbe se fosse esposto all'aria.
Insomma, la sensazione di benessere termico non dipende dalla temperatura esterna reale, ma dal flusso termico fra il nostro corpo e l'ambiente: la sensazione di freddo (o di caldo) è tanto più pronunciata quanto maggiore è il flusso termico che esce dal (o entra nel) nostro corpo.
P.S. Anche quest'articolo come il precedente è adattato da un mio libro di Fisica. Credo che in questo periodo estivo sia importante soprattutto per capire quanto siano relative le diverse sensazioni di caldo e di freddo che il nostro organismo può percepire.
Ciao
Totò
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oldstylewinter
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