Termologia

Le postazioni che trattano l’argomento consentono di fare esperimenti riguardanti: la trasformazione di energia radiante in energia meccanica, i fenomeni di assorbimento e emissione di radiazione, il motore termico, le sensazioni termiche …


Il magico motore Stirling

Cosa devi fare:

Per questo esperimento non devi far altro che osservare… il motore non si ferma mai!

Cosa hai osservato:

Non si tratta di un motore elettrico, non c’è un tubo di scappamento e non bisogna fare benzina… Qual è il suo segreto? Ecco un indizio: c’è una sorgente di calore proprio sotto al motore.

Come si spiega?

Robert Stirling ebbe una fantastica idea nel 1816: un motore termodinamico che gira grazie al calore di una sorgente esterna. Nel nostro caso la sorgente di calore è una lampadina posta sotto al motore.

I principi chiave sono due:

1 – I gas riscaldati si espandono;

2 – I gas raffreddati si contraggono.

Ma come può funzionare un’idea del genere?

  • Il calore esterno scalda il gas all’interno del motore, che si espande muovendo il pistone e azionando il volano.
  • Il volano costringe lo schermo termico a scendere e a isolare la piastra inferiore calda.
  • Il gas a contatto con la piastra superiore fredda diminuisce di volume riportando giù il pistone.
  • Il volano costringe lo schermo termico a risalire e isolare la piastra fredda (posizione iniziale).
  • Il ciclo ricomincia.

  Il Paradosso termico

Cosa devi fare:

Dopo aver sollevato il coperchio di plexiglas, appoggia le mani sulle coppia di strisce (una di alluminio, una di sughero) che si trovano sulla destra e quindi, in rapida successione, tocca la coppia di sinistra.

Cosa hai osservato:

I materiali posti sotto la copertura si trovano a una temperatura superiore a quella del tuo corpo (vedi termometro).

Quelli non coperti, essendo a temperatura ambiente, hanno una temperatura inferiore a quella corporea. Ciò causa un fatto sorprendente, mentre quando mettiamo le mani sulla coppia non coperta ci sembra che la superficie metallica sia la più fredda, la sensazione di caldo e freddo sembra invertirsi quando proviamo con quella posta sotto la copertura in plexiglas.

Come si spiega?

Quanto hai prima sperimentato appartiene a quella vasta schiera di fenomeni che sono comuni nella nostra esperienza quotidiana e che, talvolta, ingannando i nostri sensi ci inducono a valutazioni errate. L’impressione che i due corpi toccati sembrino più cali o più freddi nelle due situazioni osservate si spiega tenendo conto dei seguenti principi:

  • I materiali hanno una diversa attitudine nel condurre il calore: in genere i metalli “conducono” più di altri materiali.
  • Mettendo in contatto due corpi di diversa temperatura, il calore passa spontaneamente dal corpo più caldo al più freddo.
  • Il nostro corpo avverte un senso di freddo se cede calore, di caldo se lo riceve.

Nella situazione che hai sperimentato, pur essendo nelle due diverse situazioni ciascuna coppia di materiali alla medesima temperatura (maggiore o minore di quella corporea), la  sensazione che proviamo è diversa. Poiché l’alluminio conduce il calore meglio del sughero, quando è a temperatura inferiore alla nostra, assorbe più calore e sembra più freddo, quando è a temperatura superiore, cede più calore e sembra più caldo.