Il freddo non esiste!

Vi è mai capitato di dire/sentire/urlare in maniera scomposta: “Non aprire le finestre che entra il freddo!”. Beh, sappiate che questa frase (almeno da un punto di vista fisico) non è corretta. Stiamo parlando di pignoleria fastidiosa da appassionati di termodinamica? Sicuramente. Sta di fatto che se aveste detto questa frase in presenza del mio professore di fisica del liceo, nessuno vi avrebbe risparmiato un sonoro due sul registro.

Cosa possiamo fare per evitare questa insufficienza sul registro immaginario? Facciamo un po’ il punto della situazione e buttiamoci nell’interessante, e non sempre freddo, mondo della termodinamica!

Termodinamica in pillole

Avevamo già parlato della termodinamica in questo articolo, dove abbiamo parlato in generale di cosa tratta questa branca della fisica soffermandoci sulle relazioni tra temperatura ed energia cinetica. In questo articolo, invece, dove abbiamo parlato un po’ della storia della termodinamica e di qualche sua applicazione.

Ma facciamo un breve riassunto, così da avere chiari i punti chiave. Cosa c’entra la termodinamica con il freddo? La termodinamica studia e descrive le trasformazioni termodinamiche, ossia quell’insieme di processi che caratterizzano i passaggi da uno stato di equilibrio termodinamico a un altro.

Questa spiegazione, però, usa tante parole per descrivere una cosa molto semplice, in realtà.

Infatti, l’aprire una finestra in inverno implica proprio una trasformazione termodinamica che porta la temperatura della casa a diminuire. Si passa da uno stato di equilibrio A (finestra chiusa) a uno stato di equilibrio B (finestra aperta).

Freddo, calore, temperatura, e altre variabili termodinamiche

Il freddo è, alla fine, un concetto molto semplice. Se esco fuori di casa senza un cappotto, e la temperatura ambiente è molto bassa, avrò freddo. Ma se vogliamo essere fisici, è necessario dare qualche spiegazione in più. Il freddo non è una forza attiva, non è un fenomeno diretto. Il freddo, alla fine della fiera, è solo l’assenza di calore. Il calore in fisica si definisce facilmente: è una forma di energia (energia termica. Ne abbiamo già parlato rapidamente in questo articolo).

Se in un sistema l’energia termica (calore) inizia a diminuire, si può effettivamente dire che sta diventando più freddo.

Se diciamo che un oggetto “è freddo”, invece, stiamo facendo riferimento al fatto che la sua temperatura (altra grandezza di cui abbiamo parlato) è più bassa di quella dell’ambiente che lo circonda. La temperatura. insieme alla pressione e al volume, è una variabile termodinamica utilizzata per descrivere un sistema termodinamico.

Per riassumere, il freddo è un effetto che ci aiuta a capire il comportamento dell’energia termica, perché ci fa percepire lo stato termico di un oggetto e i flussi di energia degli ambienti che ci circondano. Ma sappiamo in quanti modi può fluire l’energia da un corpo all’altro?

Se il calore è l’energia termica che si trasferisce da un corpo a un altro a causa della differenza di stato termico tra due corpi, allora dobbiamo dare per scontato che sia una forma di energia che non è mai statica. Questo trasferimento avviene in tre modalità:

1. Conduzione: trasferimento di calore tra corpi che sono a diretto contatto, come una tazza calda a contatto con una mano (o il tè caldo nella tazza a contatto con una lingua, nostro malgrado);
2. Convezione: trasferimento di calore tra corpi che sono immersi in un fluido (liquido o gas), come ad esempio l’aria. L’aria, quindi, diventa il vettore. Un esempio è l’aria calda che sale sopra un termosifone e riscalda gli ambienti interni;
3. Irraggiamento: il trasferimento di calore sotto forma di radiazioni elettromagnetiche, come i raggi del Sole che riscaldano la Terra.

Il freddo non entra, è il calore che esce

Ora che abbiamo un po’ più chiara la situazione, possiamo capire che non è il freddo che “entra”. Non essendo un’entità fisica, ma solo la condizione di “assenza di calore”, quando apriamo una finestra d’inverno non è il freddo a entrare ma è il calore che fuoriesce!

Il calore, come ci spiega la seconda legge della termodinamica (e qui parte la musica!), non può fluire da un corpo a temperatura minore verso un corpo a temperatura maggiore spontaneamente. Il calore, infatti, fluisce da corpi a temperatura più alta (più caldi) a corpi a temperatura più bassa (più freddi). Questo processo è alla continua ricerca dell’equilibrio termico.

Anche se percepiamo a livello sensoriale il raffreddamento, quello che sta accadendo è la perdita di calore dall’interno della casa verso l’ambiente esterno, ossia la temperatura dell’interno diminuire per arrivare all’equilibrio termico con quella dell’esterno.

Risulta quindi evidente l’importanza della finestra, che fino a quando è chiusa rende indipendenti i due sistemi termodinamici “interno” ed “esterno”. Apire la finestra turba l’equilibrio termodinamico, eliminando l’agente di separazione tra i due sistemi.

Evitiamo il due sul registro!

Con una piccola accortezza linguistica, quindi, si può quindi evitare il due sul registro!

Quando vi capiterà che qualcuno apra la finestra, basterà dire: “Non aprire, che il calore esce!”, e a questo punto la vostra coscienza fisica sarà a posto. In quella situazione, nel caso vogliate aggiungere una piccola chicca per stupire i presenti con le vostre approfondite conoscenze della termodinamica, potreste spingervi nell’affermare quanto segue.

Individuate una persona che sta indossando una giacca, o una sciarpa, per ripararsi dal freddo. Andategli vicino e spiegategli che non sono i vestiti a “produrre” calore, ma essi interferiscono con lo scambio termico per convezione riducendo la dispersione del calore del nostro corpo verso l’aria fredda. Congratulazioni, avete usato la termodinamica per rompere il ghiaccio! Ora è tutto in discesa… come la temperatura della stanza.

Fonti

“Fondamenti termodinamici dell’energia” – GIanni Comini, Stefano Savino
“Elementi di Fisica – Meccanica e Termodinamica” – P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
“Fisica I (Meccanica e Termodinamica)” – C. Mencuccini, V. Silvestrini