Caldo scientifico

Le stufette funzionano in modo più o meno intuibile: sono delle potentissime lampadine a incandescenza, costruite con una resistenza elettrica che, invece di emettere principalmente luce, tende a scaldarsi, a sua volta scaldando l’aria intorno che un ventilatore si occupa di spostare. Altri tipi di stufe emettono radiazione infrarossa: questa mette in movimento le molecole che incontra, facendo sì che si scaldino grazie all’attrito.

Acqua

L’acqua è uno dei principali veicoli di calore presenti nelle nostre case. Questo piccolo “miracolo chimico” dalle proprietà assolutamente significative ha, tra le tante caratteristiche, un calore specifico molto alto. Questo significa che per alzare di un grado (centigrado o kelvin, a seconda delle definizioni) la temperatura di una quantità nota di acqua serve un numero elevato di calorie (o di joule). Per l’acqua liquida questo valore è oltre quattro volte quello dell’aria. La nostra borsa dell’acqua calda è quindi in grado di scaldarci bene e a lungo, nonostante le piccole dimensioni. Ancor meglio scalda l’aria sotto le coperte. Questo perchè la quantità di calore che l’acqua è in grado di rilasciare (naturalmente dopo averla acquisita nel pentolino in cui l’abbiamo scaldata) è appunto molto elevata. Ci sono notevoli motivi pratici di disponibilità che consigliano l’uso dell’acqua per questi scopi, sia nella borsa dell’acqua calda, sia nei termosifoni, sia nel pentolino che usiamo per i fumenti quando abbiamo il raffreddore.

Thermos

Un principio interessante è quello del thermos o bottiglia termica. Il thermos con cui ci portiamo il caffè sulle piste da sci utilizza il principio del vaso di Dewar ed è concettualmente identico ai recipienti termici che si utilizzano in laboratorio. Il calore si trasmette per mezzo di tre meccanismi: conduzione, convezione e irraggiamento. La conduzione, come si intuisce dal nome, si verifica quando un buon conduttore di calore (tipicamente un metallo) si scalda da una parte e conduce il calore dall’altra. La convezione prevede che un fluido, scaldato in un punto, si sposti a causa della differenza di densità, portando il calore in un altro punto. L’irraggiamento è in generale il trasferimento di energia, nel nostro caso termica, per mezzo di onde elettromagnetiche. Mettendo il naso nel thermos si vede che l’interno della bottiglia è argentato. Questa argentatura riflette la radiazione elettromagnetica, in particolare la luce e le radiazioni infrarosse, in modo da limitare l’irraggiamento. Se poi estraete la bottiglia dal contenitore in plastica o metallo che solitamente è smontabile per motivi igienici, potete osservarne la struttura: si tratta di un contenitore di vetro con le pareti all’apparenza molto spesse. In realtà è un contenitore a pareti doppie, dove tra le due pareti è stato fatto il vuoto. L’assenza di materia elimina il problema di conduzione e convezione: il nostro thermos conduce poco e per questo il liquido resta caldo fino alla fine della gita.

[Ugo Finardi – Chimico, ricercatore CNR]

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