Per descrivere i cambiamenti stato di un cubetto di ghiaccio che diventa acqua, dell'acqua che diventa vapore dentro la pentola che bolle o del sugo di pomodoro che con la cottura perde di piano piano volume e diventa sempre più denso occorre introdurre concetti che sono propri della termodinamica, in particolare il concetto di Temperatura e del Calore. Ma non preoccupatevi non mi dilungherò in formule e trattazioni matematiche, in queste puntate approfondiremo soltanto i concetti che serviranno a capire il come la pizza si cucina nel forno.
Temperatura
La temperatura è una grandezza fisica, come la massa o il tempo, essa si misura in gradi Kelvin [K] ma più comunemente si misura in gradi Celsius [°C].
Il fattore di conversione è 0 °C corrispondono a 273,15 K , quindi 100 °C corrispondono a 373,15 K.
La definizione di temperatura è associata allo stato di equilibrio termico tra due sistemi, il cubetto di ghiaccio e la bibita in cui lo immergo si diranno che si trovano in equilibrio termico quando hanno la stessa temperatura. In sostanza ho equilibrio termico quando il cubetto di ghiaccio si è sciolto e la mia bibita si è rinfrescata.
Se vogliamo visualizzare il concetto di temperatura possiamo anche vederlo come la misura di quanto le molecole di una sostanza si agitano; un cubetto di ghiaccio avrà delle molecole meno agitate rispetto a un ferro incandescente. Questa agitazione è data da un energia che le molecole possiedono, questa energia è appunto un energia interna al sistema e si misura in Joule [J] o anche in Watt per Ora [Wh]. (Parleremo dell'energia in un articolo a parte e la legheremo al concetto di calorie)
Principio Zero della Termodinamica
Se quindi mettiamo in contatto due oggetti questi con il passare del tempo tenderanno ad avere la stessa temperatura, la stessa cosa accade se a questi ne aggiungiamo un altro. In sostanza se noi mettiamo la pizza appena sfornata sul piatto e non la mangiamo questa passerà piano piano dai sui 100°C a una temperatura di 25°C e si raffredda, ma non raggiungerà una temperatura più bassa a meno che non la mettiamo in un frigorifero. Possiamo dire i sistemi tendono ad un equilibrio termico, questo concetto è espresso dal principio zero della termodinamica che recita: "due sistemi in equilibrio termico termico con un terzo sistema sono in equilibrio termico tra di loro".
Calore
Immaginiamo di avere un cubetto di ghiaccio su un tavolino, i due sistemi (cubetto di ghiaccio e tavolino) non si trovano in equilibrio termico, infatti il ghiaccio avrà 0°C e il tavolino avrà 25°C. Con il passare del tempo il ghiaccio si scioglierà, ma toccando il tavolino nel punto in cui il ghiaccio si trovava lo percepiremo più freddo, infatti la sua temperatura li sarà di circa 18°C.
Cosa è successo ?
Ricordate che abbiamo parlato di un energia interna ai corpi che agita le molecole e che quindi noi misuriamo attraverso il concetto di temperatura ? Bene nel caso del cubetto di ghiaccio e del tavolino noi abbiamo avuto uno scambio di questa energia, il tavolino a ceduto un po' di energia al cubetto di ghiaccio che si è sciolto mentre il cubetto di ghiaccio avendo prelevato un po' di energia dal tavolino ha raffreddato il tavolino.
Questo flusso di energia è detto Calore e si misura in Joule [J], stiamo andando a indagare sui trasferimenti di energia e questo trasferimento avviene in sostanzialmente in tre modi diversi:
CONDUZIONE
il trasferimento di calore per contatto tra i copri, il cubetto con il tavolino.
CONVEZONE
il trasferimento di calore avviene per una miscelazione tra fluidi, in cui ad esempio nel caso dell'acqua che bolle, l'acqua calda sale mentre quella fredda scende.
IRRAGIAMENTO
il trasferimento di calore che avviene tramite le onde elettromagnetiche, lo possiamo sperimentare quando prendiamo il sole e la luce di esso ci scalda il viso.
La cottura di una pizza necessita di energia, questa energia viene prodotta attraverso la legna che si fa ardere, l'energia così prodotto viene trasferita alla pizza attraverso un flusso di calore. I meccanismi con cui si trasferisce questa energia sono quelli di conduzione, convezione e irraggiamento. Nelle prossime puntante esploreremo ognuno di questi meccanismi e vedremo come possono aiutarci a capire meglio il mondo che ci circonda.