La Temperatura conta poco - FORMULE#03 - CURIUSS

Supponiamo di dover rinfrescare velocemente una bottiglia di birra o di qualsiasi altro liquido Vogliamo metterci dentro possiamo metterla in uno di quei secchi di acqua molto fredda con dentro il ghiaccio che galleggia Oppure possiamo metterla nel freezer l'acqua è a una temperatura di alcuni gradi sopra lo zero nel freezer c'è dell'aria a una temperatura alcuni gradi sotto lo zero bene la si rinfresca prima mettendola nell'acqua provare per credere se abbiamo in camera un pavimento in marmo e un tappeto come scendiletto la mattina quando ci alziamo e scendiamo dal letto e appoggiamo i piedi sul marmol

lo sentiamo freddo e se li appoggiamo sul tappeto lo sentiamo più caldo quantomeno non così freddo Eppure se misurasse del tappeto scopriremo che è la stessa Se mi metto in costume da bagno nella mia cucina dove ci sono Supponiamo 22° dopo un po' di minuti comincio a sentire un po' di fresco se entro in una piscina con l'acqua a 22° sento freddo fin da subito proprio freddo mi metto a camminare a piedi nudi su dei carboni ardenti a 700° ce la faccio su una lastra di alluminio a 90° appena appoggio il piede mi scotto davanti

da tutti questi esempi Una cosa è abbastanza chiara la temperatura conta [Musica] poco potete divertirvi a fare una scommessa con gli amici prendete ceramica e polistirolo Questo è un esempio che ho fatto in uno dei miei video per di Agostini e che ho anche pubblicato sul canale ma è utile rivederlo Se toccate la ceramica la sentite più fredda del polistirolo Ma se sono state entrambe ceramica e polistirolo nella stessa stanza abbastanza lungo e in quella stanza c'è stata una temperatura costante hanno la stessa temperatura sia ceramica che polistirolo esattamente come il tappeto e il pavimento

di prima quando ci alzavamo scendevamo dal letto ora mettiamo un cubetto di ghiaccio sul polistirolo e un cubetto di ghiaccio grande uguale sulla piastrella se si pensa che la piastrella sia più fredda il cubetto di ghiaccio che ci sta sopra dovrebbe restare integro più a lungo rispetto a quello sul polistirolo ma abbiamo detto che in realtà hanno la stessa temperatura Allora i due cubetti dovrebbero sciogliersi alla stessa velocità e invece no si scioglie molto prima quello sulla ceramica abbiamo messo insieme tutta una serie di esperienze controintuitive Quindi è chiaro che c'è qualcosa che non va

nel nostro rapporto con la temperatura Insomma noi e la temperatura dobbiamo parlare [Musica] partiamo da una cosa che non c'entra niente la legge di [Musica] Home dalla legge di Home facciamo un giro con tre tuffi carpiati e torniamo qui adesso vediamo perché questa legge ci aiuta a capire per esempio il discorso della bottiglia col quale abbiamo iniziato la questione che ci interessa è la resistenza Georg home si accorse che vi era una interessante relazione di proporzionalità diretta fra due fondamentali grandezze inerenti la corrente questa osservazione lo porterà a definire la resistenza elettrica come il rapporto

fra il Delta V ossia la differenza di potenziale e l'intensità di corrente quello che ci interessa è proprio la resistenza ohm si accorse che in un conduttore ad esempio un filo di metallo la resistenza rimaneva costante so che non ho specificato Cosa sono le intensità di corrente e la differenza di potenziale Ma non è questo che ci importa il concetto è che una differenza di qualcosa crea uno scorrimento un flusso ed esiste una sorta di resistenza a quel flusso immaginatevi una differenza di due quote fra due punti di un fiume provocano lo scorrimento di acqua

dalla parte più alta verso quella più bassa e a seconda di come è fatto il fiume scorre più o meno acqua nel senso che la conformazione del fiume fa in modo che ci sia una certa resistenza allo scorrere dell'acqua a seconda di come è fatto quel letto Ed è una caratteristica del fiume come questa Esattamente come succede per un conduttore dove passa corrente da una parte all'altra cioè c'è una certa resistenza da parte del conduttore al passaggio di questa corrente e quindi dicevo una questione di resistenza che è una caratteristica propria di quel conduttore e

di quel fiume e questa Resistenza modifica il flusso Ok proviamo ora ad applicare questo concetto alla percezione di caldo e [Musica] freddo pensiamo al fatto che che ci vestiamo più o meno a seconda di come ci vestiamo aumentiamo la nostra resistenza al freddo certo uno può dire lo sapevo anche prima Non c'era bisogno di scomodare home I fiumi la corrente Mh in realtà questa cosa ci ha permesso di mettere in gioco un nuovo elemento il flusso la corrente è un flusso di cariche nel fiume c'è un flusso di molecole d'acqua cosa fluisce nel caso della

temperatura abbiamo bisogno di definire una cosa che fin dall'inizio abbiamo dato per scontata ma che non lo è affatto anzi cos'è esattamente la temperatura cosa misuriamo fisicamente quando misuriamo la [Musica] temperatura a chiunque è capitato di avere per le mani un termometro la cosa per la quale si usa più spesso è per misurare la temperatura di una stanza oppure quando abbiamo la febbre prendiamone uno la logica la capiamo benissimo quando la temperatura sale il liquido della Colonnetta si dilata e quando invece si restringe significa che la temperatura è scesa Ma cosa succede in pratica ossia

cosa misura esattamente il termometro In sostanza cosa è di preciso questa temperatura il fenomeno non è semplice da descrivere ma in sostanza possiamo dire che il termometro misura l'agitazione delle molecole se nella nostra stanza la temperatura sale da 15 a 20° significa che le molecole si agitano di più gli studi in questa direzione hanno portato a definire la temperatura di un oggetto come la grandezza fisica che misura per l'appunto lo stato di agitazione delle particelle che lo compongono la temperatura è dunque una proprietà della materia a volte si sente dire delle macchine fotografiche della missione

Apollo Come potevano resistere alle temperature sulla luna Ma quando noi parliamo di temperature qui sulla terra quando diciamo oggi ci sono 20° intendiamo la temperatura dell'aria ma sulla luna non c'è aria se io tengo la mia macchina foto grafica nel vuoto se non ci sono molecole che vibrano ha senso parlare di temperatura se la temperatura è una proprietà della materia quando non c'è materia non c'è neanche la temperatura è come chiedersi Di che colore è il niente le temperature sulla luna sono dunque riferite al suolo e non all'aria Ma come si scalda la superficie della

Luna come arriva il calore sulla luna per capirlo dobbiamo definire proprio lui il il [Musica] calore quando avete due corpi con due temperature diverse se li mettete a contatto dopo un certo tempo hanno entrambi la stessa temperatura questo a patto che non avvengano delle reazioni chimiche Non solo ma la temperatura che raggiungono entrambi non è quella iniziale di nessuno dei due è una temperatura intermedia abbiamo visto cosa è la temperatura adesso dobbiamo capire che Cosa succede quando corpi con temperature diverse vanno a contatto uno è di sicuro più caldo dell'altro dopo un po' il corpo

più freddo si riscalderà a spese di quello più caldo che si raffredderà cosa è successo in fisica Diciamo che è avvenuto un trasferimento di energia questa energia è però un'energia un po' particolare è un'energia in movimento che si trasferisce che si sposta da un corpo all'altro e le abbiamo per l'appunto dato un nome ben preciso calore ci manca ancora un'ultima cosa da mettere nello zaino per avere il bagaglio sufficiente ad affrontare il discorso e la formula finale Come si trasmette il calore abbiamo capito che il calore è una forma di energia un po' particolare e

ciò che lo caratterizza è proprio il fatto di non appartenere in sé a un oggetto ma rappresentare dell'energia in transito qualcosa che si sposta da un corpo ad un altro e possiamo Dunque parlare in questo caso di flusso di calore tornato il flusso eh eh ciò che ci interessa è il modo in in cui questo flusso di calore si manifesta o meglio i modi perché l'energia termica si può trasmettere attraverso tre meccanismi molto diversi tra loro partiamo col primo la [Musica] conduzione Avete mai visto o provato a realizzare quei giochi in cui si mettono in

fila pezzi del domino In modo tale che se si spinge il primo poi cadono tutti nella nostra lingua è stata addirittura coniata l'espressione effetto Domino La cosa divertente è poi mettere in fondo un oggetto che colpito da dall'ultima pedina si mette in moto e magari va a urare qualcosa d'altro che a sua volta sposta un altro oggetto e così via si può ottenere un risultato finale di qualsiasi tipo che so Magari finire con l'accendo una lampada semplicemente toccando la prima pedina del domino il resto lo fa il meccanismo che trasmette in qualche modo quell'effetto ad

altri oggetti fino ad arrivare addirittura a distanza di metri il concetto della conduzione di calore è molto simile invece delle pedine del domino ho le molecole che sappiamo essere tanto più agitate quanto più il corpo è caldo Ecco se io metto a contatto un corpo più caldo con uno più freddo succede che questa agit Aion termica viene trasmessa alle molecole del corpo più freddo nei corpi solidi le molecole restano più o meno dove sono un po' come le pedine del domino ma il contatto dei corpi produce l'effetto di modificare la temperatura Come dicevamo questo modo

di trasmettere il calore si chiama conduzione il flusso di calore per conduzione è stato studiato da un celebre scienziato francese vissuto in epoca Napoleonica il quale partecipò anche alla campagna di Egitto e scrisse un trattato fondamentale sul tema si chiamava Jean baptist Joseph fourrier fourrier comprese che il flusso di calore era proporzionale alla superficie di contatto alla differenza di temperatura e a un termine che venne chiamato conducibilità termica che era diverso a seconda del materiale che utilizziamo il suddetto flusso era però inversamente proporzionale allo spessore facciamo un esempio Avete presente le vecchie stufe a legna

con la piastra in metallo quando sono in funzione mia nonna ne aveva una quindi lo so per esperienza non puoi appoggiarci sopra la mano Cio non è che pasti dice appoggi la mano sulla stufa ti ustioni A patto di non mettere qualcosa fra la mano e la piastra pensate di metterci che so un asse di legno e poi appoggiate la mano sull'asse al momento non sentite tutto il calore della piastra se l'asse però è molto sottile sentirete dopo un po' che la mano Comincia a scottarsi Se invece ci mettete un asse molto spessa potete lasciare

la mano appoggiata lì molto lungo se al posto del legno ci mettete una piastra di alluminio vi accorgete che non potete tenere la mano appoggiata se non per qualche secondo all'inizio poi la piastra di alluminio si scalda subito la ragione è che l'alluminio ha una conducibilità termica molto maggiore di quella del legno tutto quello che ho detto È descritto nella formula di Fourier che abbiamo appena visto per la cronaca la conducibilità termica si misura in watt fratto Met per Kelvin e ci sono le relative tabelle altri due modi di trasmissione del calore sono la convezione

e l'irraggiamento [Musica] il primo termine viene utilizzato quando si parla di liquidi e gas è un fenomeno naturale dovuto alla gravità si tratta di Massa temperature diverse che si spostano creando le cosiddette correnti convettive e pertanto può verificarsi solo nei fluidi un fluido riscaldato dal basso diventa meno denso quindi tende a salire occupando così il posto di una massa più fredda che stava in alto che adesso tende a scendere questa breve descrizione ci fa subito pensare al clima dove si mescolano correnti di aria calda e fredda originando di fatto i venti il terzo metodo di

scambio di calore è invece l'irraggiamento quello realizzato ad esempio dal sole con la terra in generale tutti i corpi emettono e assorbono radiazioni elettromagnetiche per ora ci basta sapere che l'emissione o l'assorbimento di radiazione elettromagnetica genera uno scambio di calore il corpo che emette radiazione elettromagnetica si raffredda a spese di colui che invece assorbendo la radiazione elettromagnetica si scalda Come si può facilmente immaginare anche in questo caso la capacità di assorbire una radiazione è funzione del materiale la nostra atmosfera un po' filtra la radiazione solare Ma quando mettiamo la testa fuori dall'atmosfera era ad esempio

lanciando una sonda un modo di proteggerci è quello di utilizzare un materiale che assorbe la minor quantità di energia raggiante possibile si chiama così l'energia che arriva per il raggiamento si chiama energia raggiante Ecco la ragione per cui vedete le sonde rivestite di pellicole metallizzate i metalli lucidi sono pessimi assorbitori ed evitano alla sonda di surriscaldarsi quindi la luna viene riscaldata per irraggiamento la superficie della Luna viene riscaldata per il raggiamento quando parliamo di temperatura sulla luna parliamo della temperatura della superficie non dell'aria Perché l'aria non c'è questo passaggio di calore per irraggiamento avviene in

modo molto lento sulla superficie lunare ci vogliono un po' di ore perché la temperatura si sposti di qualche grado e dunque le cineprese le macchine fotografiche usate sulla luna non hanno avuto nessun problema di temperatura perché prima di surriscaldarsi per il raggiamento ci sarebbero voluti diversi giorni di esposizione diretta e continua tra l'altro se voi ce l'avete in mano e vi muovete non avete sempre un'esposizione diretta dell'oggetto al sole perché se vi spostate potreste in certi momenti farle ombra e quindi anche solo il fatto di muoversi e porta le telecamere o le macchine fotografiche a

essere a seconda delle situazioni un po' all'ombra un po' al sole ma torniamo noi e alle nostre temperature e a come le percepiamo abbiamo scoperto che la temperatura conta poco conta il flusso di calore ci sono materiali che assorbono o rilasciano calore molto più velocemente di altri e quello che ci fa percepire un senso di caldo o di freddo l'alluminio ci trasmette calore molto più velocemente del legno e dunque se appoggiamo la mano sull'alluminio a 60° ci scottiamo molto di più che appoggiandola sul legno a 300° l'acqua per esempio permette flussi molto più rapidi rispetto

all'aria se mi immergo nell'acqua a 20° il flusso di calore che passa dal mio corpo all'acqua è molto maggiore di quello che passerebbe se fosse Immerso nell'aria a 20° e dunque sento freddo perché è il mio calore che mi abbandona rapidamente per capirci il nostro corpo produce del calore col suo metabolismo ha una potenza che dipende da soggetto a soggetto noi prendiamo un valore medio di circa 100 Wat la formula che ci dice il flusso che migra dal nostro corpo è simile alla legge di Ohm al posto della differenza di potenziale c'è la differenza di

temperatura e al posto dell'intensità c'è il nostro flusso al denominatore c'è la resistenza come nella legge di Ohm Ma in questo caso la resistenza è una resistenza term terica di superficie nel punto di contatto il valore nel caso dell'aria è di 0,15 se ci sono 25° il flusso è di 100 Wat esattamente quello che siamo in grado di produrre e dunque stiamo bene se mettiamo però una temperatura di 20° vedete che la potenza che migra è di 150 W noi ne produciamo solo 100 e dunque abbiamo freddo è chiaro che la cosa fondamentale è la

resistenza Infatti se noi mettiamo il coefficiente dell'acqua che è di 0,01 Guardate a gradi Quanti watt perdiamo adesso lo vediamo su una formula perché abbiamo freddo Ragion per cui se volete rinfrescare rapidamente La birra è meglio se la mettete nell'acqua a 34° piuttosto che nel freezer a - 3-4 a piedi quindi la temperatura conta poco conta il flusso noi percepiamo il flusso Ma allora quando sentiamo parlare di temperatura percepita cos'è da un lato questo termine viene usato per creare allarmismi e in alcune previsioni del tempo sparano numeri a caso così per impressionare dall'altro c'è chi

innervosito da questo modo di fare disinformazione dichiara che la temperatura percepita non esiste Come spesso accade le frasi a effetto non funzionano per spiegare le cose ma se proprio dobbiamo usarne una dovremmo dire che la temperatura percepita esiste il problema è che non è una temperatura proviamo a capire [Musica] nell'ambito di una missione in Antartide nel 1940 gli statunitensi Paul Sier e Charles puell notano una cosa per quanto la temperatura sia molto bassa Non ci sono particolari problemi a resistere Salvo quando si alza il vento Basta una leggera brezza Per far sì che arrivino i

geloni e si cominci a rischiare per la propria incolumità decidono Dunque di misurare una sorta di temperatura facendo degli esperimenti scientifici che tenga conto della nostra sensibilità di esseri umani e ci dia delle indicazioni per capire la situazione all'esterno ed evitare di crepare di freddo quando si esce nella formula che producono nel 1945 che è questa inseriscono la velocità del vento dei coefficienti e la temperatura come vedete le unità di misura dell'equazione non tornano E il risultato non è quindi una temperatura ma un numero che deve indicare quanto il freddo verrà percepito questo valore verrà

detto impropriamente temperatura percepita ma per l'appunto non è una temperatura nel corso degli anni poi la formula verrà Mod ificata Ma in ogni caso la temperatura percepita è un concetto interessante torniamo al nostro flusso che abbiamo visto che è quello che conta e abbiamo appena detto che il flusso di calore viene condizionato dal [Musica] vento torniamo ora alla formula con la resistenza dell'aria la presenza di vento fa abbassare il coefficiente di resistenza quindi dovremmo mettere il coefficiente di Resistenza non fra pelle e aria ma quello della pelle con il vento questo coefficiente cambia in funzione

della velocità Supponiamo Dunque che la nostra velocità del vento sia 20 km/h in quel caso la resistenza diventa 0,09 quindi si abbassa considerevolmente per cui con una temperatura esterna di 25° come potete vedere mentre prima perdevamo 100 w e quindi coni nostri 100 che producevamo per metabolismo andavamo via alla pari questa volta ne perdiamo 165 cioè i 110 del flusso moltiplicato per appunto 1,5 m qu che è la nostra superficie corporea la temperatura percepita viene calcolata immaginando di tenere lo stesso flusso provocato dalla presenza di vento ma in assenza di vento è come chiedersi per

avere quel flusso che temperatura Dovrebbe esserci in assenza di vento come vedete il conto è presto fatto e la temperatura percepita calcolata così può essere anche molto minore di quella reale per aumentare la resistenza cosa facciamo Ci [Musica] vestiamo Infatti i vestiti cambiano drasticamente quel coefficiente la resistenza al denominatore si calcola come la somma tra la resistenza della pelle più quella dei vestiti che dipende dalla loro capacità di fermare l'aria dal loro spessore ricordate la formula di Fourier e Tenete presente che il coefficiente di resistenza dei vestiti può essere anche di 0,4 05 e quindi

modifica molto il flusso anche se modifichiamo quello 0,15 Ossia se ipotizziamo anche che ci sia vento e quello diventi 0,09 Comunque il flusso è molto condizionato dalla resistenza dei vestiti all'aria quello 0,4 pesa molto di più del coefficiente precedente ci sono poi altri elementi che entrano in gioco come l'umidità l'esposizione al sole il sole può darci calore e dunque creare un flusso positivo sappiamo che se si sta al sole in pieno giorno in alta montagna anche se la temperatura è bassa si può tranquillamente stare in maglietta la temperatura percepita è dunque qualcosa di estremamente soggettivo

perché non dipende solo da Fattori quali il vento e l'umidità che comunque possono variare di parecchio anche nell'ambito di poco spazio specie il vento ma dipende anche per esempio dall'esposizione che abbiamo al sole Da quanto una persona è coperta da quanto è la sua sensibilità al freddo ciascuno di noi ha una diversa sensibilità al freddo è soggettivo ci sono persone che possono tranquillamente stare in maglietta quando altri hanno bisogno di una felpa con la stessa temperatura esterna nello stesso luogo Insomma non è possibile dire Quale sarà la temperatura percepita da una persona ognuno c'ha la

sua sarebbe più logico inventarsi una sorta di scala che funziona come un'allerta meteo che in funzione della velocità del vento della percentuale di umidità della nuvolosità fornisca un numero che so 1 2 3 un numero crescente a a seconda appunto dell'aumentato della velocità del vento dell'aumento umidità del diminuire dell'esposizione al sole di modo che questo numerino che appunto segue una scala che ne so da 1 a 3 da da 1 A4 da 1 A5 ce la si può inventare lo si mette a fianco della temperatura e ci dà un'indicazione di massima che ci consente di

vestirci per evitare l'ipotermia e si eviterebbe di dare numeri a caso di temperatura Come si fa adesso chiamandola impropriamente temperatura [Musica] percepita Grazie per essere Giunti fin qui Se volete sostenere il canale un'idea può essere quella di iscrivervi condividere i nostri video e podcast e dirlo a chi pensate possa apprezzare Se volete dare anche un sostegno economico sul sito associazione atelier.it nella sezione sostienici trovate la possibilità di acquistare libri cd e abbonamenti a contenuti esclusivi vi metto il link in descrizione e avete pure la possibilità di donare il 5x 1000 alla nostra associazione che si

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