spontaneamente… contro natura!

spontaneamente contro natura

Immergendo un cubetto di ghiaccio in una tazza di tè fumante, certamente il ghiaccio non aumenta di volume, né la bevanda comincia a bollire: piuttosto, entrambe raggiungono una temperatura intermedia con il cubetto che si scioglie e la bevanda che si raffredda. Non la media, però! Buttando nell’Adriatico, la cui temperatura in inverno si aggira intorno ai 4 °C, una monetina incandescente, diciamo a 96 °C, la temperatura dell’acqua si innalzerebbe, ma in modo impercettibile.

Non certo sino a 50 °C. La temperatura di equilibrio dipende quindi dalle temperature iniziali, dai materiali e dalle masse in gioco. Ma una cosa è certa: il “più caldo” riscalda il “più freddo” e il “più freddo” raffredda il “più caldo”. Detto in altri termini, l’oggetto a temperatura maggiore cede energia a quello a temperatura inferiore. I fisici chiamano calore questa energia in transito da un corpo più caldo a uno più freddo a causa della differenza di temperatura.

In natura il calore passa spontaneamente da un corpo a temperatura più alta a uno a temperatura più bassa. Ma come è possibile allora che i frigoriferi  funzionino?

Nel passaggio dallo stato liquido a quello gassoso si deve fornire energia: basti pensare a una pentola d’acqua sul fuoco. L’ebollizione è quindi un processo endoenergetico: richiede energia dall’esterno! Il suo contrario, la condensazione, cede invece energia all’ambiente circostante: è un processo esoenergetico. Ma per liquefare un gas c’è un’altra strada, oltre a quella di abbassarne la temperatura: possiamo comprimerlo! Un esempio è il ghiaccio spray: è liquido finché si trova nel contenitore, ma non appena esce e raggiunge una zona di bassa pressione torna gassoso. Si tratta di un processo endoenergetico che quindi determina un raffreddamento della superficie su cui il ghiaccio spray viene indirizzato. I frigoriferi si basano su queste proprietà dei passaggi di stato, andando a colpire l’unica parola attaccabile: “spontaneamente”.

Dividendo il mondo tra dentro e fuori il frigorifero, si predispongono due serpentine comunicanti, una interna e una esterna al frigo: quella esterna è piena di gas mantenuto ad alta pressione, mentre il gas è a bassa pressione all’interno. Non appena la temperatura all’interno dell’elettrodomestico sale troppo, si apre una valvola che lascia entrare il fluido nel frigo. Arrivando in una zona di bassa pressione si ha un passaggio di stato endoenergetico che, come nel caso del ghiaccio spray, “ruba calore” alle vivande poste all’interno. Parallelamente, un compressore spinge il gas in eccesso da dentro a fuori, nella zona di alta pressione, e a causa della compressione il gas torna liquido e cede calore all’esterno. Non lasciate quindi il frigo aperto per troppo tempo! Cercherebbe ostinatamente di raffreddare tutto l’ambiente, facendo funzionare continuamente il compressore che, inesorabilmente, si guasterebbe. Desistete anche dall’usare il frigorifero come condizionatore: la serpentina sul retro remerebbe contro i vostri scopi. Infine, non dimenticate di attaccare la spina! Il passaggio di calore da un corpo freddo a uno caldo è sì impossibile, ma solo se si ha la pretesa che sia spontaneo…

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Il presente articolo è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, dicembre 2017 – ed. Dedalo