Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: calore è campo elettromagnetico?

è vero che anche il calore, così come la luce, è in realtà un'onda
elettromagnetica? Come si può spiegare tale fenomeno?

 Come si può spiegare tale fenomeno?
Non si puo` spiegare perche' non e` vero :-).
-- 
Franco
Herz, mein Herz, sei nicht beklommen und ertrage dein Geschick.
(H. Heine)

 elettromagnetica? Come si può spiegare tale fenomeno?
Non tutto. Solo quello trasferito sotto forma di irraggiamento. 
Conduzione e convezione sono invece  basate su meccanismi diversi.
Si spiega perche'  ogni corpo e' costituito da particelle cariche che, 
causa la temperatura finita,  cambiano il loro stato scambiando  energia 
col campo elettromagnetico. Se attorno al corpo la temperatura e' 
inferiore a quella del corpo, l'  energia elettromagnetica irradiata non 
viene compensata da quella assorbita.
Giorgio

 Non tutto. Solo quello trasferito sotto forma di irraggiamento. 
Quella per me e` un'onda elettromagnetica, non calore: trasporta energia 
elettromagnetica, non termica.


 elettromagnetica, non termica.
Mettiamola cosě (in soldoni): se metti una mano vicino ad una sorgente
sufficientemente potente di radiazione infrarossa (costituita da onde
elettromagnetiche), la tua mano si scalda per irraggiamento. Ma potresti
ottenere un risultato analogo immergendo la mano in acqua calda
(riscaldamento per conduzione).
La spiegazione č che, di base, un corpo si riscalda quando le molecole che
lo costituiscono aumentano i loro moti interni di rotazione e di vibrazione
(nel caso dei gas, anche traslazionali). Questi moti possono mutare per
contatto diretto con altre particelle o per assorbimento di radiazioni di
determinate lunghezze d'onda.
Per esempio, quando l'abitacolo della tua auto lasciata sotto il sole si
scalda piů dell'ambiente circostante, sei in presenza di un effetto serra (e
di un riscaldamento per irraggiamento).
Sr-i

 elettromagnetica, non termica.
Se un trasferimento di energia  ha come unico effetto quello di far 
variare la temperatura di un corpo si dice che c'e' stato un 
trasferimento di calore ( una conversione in calore). Che poi il 
trasferimento avvenga attraverso onde e.m., moti microscopici , 
macroscopici o altro non e' rilevante.
Altrimenti dovresti dire anche che la conduzione termica e' moto atomico 
  (trasporta energia cinetica,  non termica (?)  e che la convezione e' 
moto di elementi fluidi macroscopici (e quindi trasporta energia 
cinetica e non termica (????)).
Di fatto,  dallo studio del corpo nero in poi,  la termodinamica si 
applica anche alla radiazione
  (elettromagnetica) in equilibrio termico in una cavita'. Alla 
radiazione nella cavita'  si puo'  trasferire energia sotto forma di 
calore (p. es. mettendo la cavita'  in contatto attraverso un foro con 
un'  altra cavita'  in equilibrio a temperatura diversa (e allora c'e' 
trasferimento di radiazione e.m. da una scatola all' altra - 
irraggiamento) modificando la temperatura delle pareti (e allora c'e' 
conversione di energia e.m. in moti  del materiale delle pareti) o 
ancora, si puo'  effettuare lavoro muovendo un pistone riflettente. E' 
chiaro che si tratta di processi che hanno a che fare con energia 
elettromagnetica. Ma la nomenclatura termodinamica riguarda le modalita' 
dei trasferimenti di energia e non l' implementazione fisica degli stessi.
Giorgio

 dei trasferimenti di energia e non l' implementazione fisica degli stessi.
Ho l'impressione che sia la nomenclatura storica e non sostanziale. Si 
potrebbe anche dire che l'energia trasferita con un'onda 
elettromagnetica sia anche energia chimica (reazioni fotosensibili), o 
elettrica (celle solari, antenne)...
-- 
Franco
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

 elettromagnetica? Come si può spiegare tale fenomeno?
Vedete che nanofuc usa due termini, "calore" e "luce", come se fossero
sullo stesso piano.
Ora questo e' vero solo in uno stadio storicamente piuttosto primitivo
della fisica, quando questa si appoggia fortemente sulle impressioni
sensoriali.
Oggi ne siamo parecchio lontani, ma gia' oltre un secolo fa nessun
fisico si sarebbe espresso in quel modo.
Che cos'e' "luce"? Risposta: quella che si vede con gli occhi...
Ma gia' a meta' 800 si sapeva che esistono alte "radiazioni" che non
si vedono con gli occhi, ma che hanno molte proprieta' in comune con
la luce.
Poi arriva la scoperta che tutte queste radiazioni sono in realta'
onde e.m., che differiscono al piu' per il campo di lunghezze d'onda.
Una delle proprieta' che hanno in comune le radiazioni e.n. e' appunto
quella che se vengono assorbite da un corpo, lo scaldano.
Dovremmo dunque dire che sono tutte "calore"?
Oppure che si "convertono in calore" quando vengono assorbite?
Qui si passa alla necessita' di definire il calore ... e non posso
certo fare la storia.
Accenno quindi molto velocemente che dopo una prima fase, in cui il
calore era inteso come una "sostanza" che un corpo poteva possedere,
acquistare o perdere, si arrivo' prima a connettere il calore col
movimento microscopico (quello che piu' o meno ha detto Giorgio)
interno a un corpo.
Ma poi ci si accorse che neppure questo punto di vista era
sostenibile, nel senso che occorreva distinguere due cose ben diverse:
l'energia (piu' esattamente l'energia interna) e le varie modalita'
con cui si puo' cambiare l'energia interna di un corpo.
L'energia interna non e' solo moto microscopico: per es. questo non
cambia quando il ghiaccio fonde restando a 0 gradi centigradi e
diventa acqua. Eppure per ottenre questo occorre cedere energia al
ghiaccio, il che ci obbliga a dire che l'energia interna dell'acqua
liquida e' maggiore di quella del ghiaccio (a parita' di temperatura).
Un tempo si parlava di "calore latente", ossia di calore "che si
nasconde", contrapposto al "calore sensibile", ossia che puo' essere
sentito e misurato con la temperatura.
Oggi (in realta' da 150 anni circa) la distinzione e' appunto fra
temperatura ed energia interna.
Entrambe sono proprieta' di un corpo, che possono pero' cambiare
indipendentemente.
Ma allora, che cos'e' il calore? O meglio, che cosa intende un fisico
di oggi quando parla di calore?
Lasciatemi dire prima di tutto che sarebbe meglio se i fisici
trovassero il modo di abolire questa parola, che crea soltanto
confusioni, data la sua complicata storia...
Ad ogni modo, un fisico di oggi ammette di parlare di calore solo
intendendo con cio' un particolare modo con cui un corpo puo'
acquistare o perdere energia.
Non e' facile darne una definizione chiara, e ci sono antipatiche
eccezioni... Ma la definizione di fatto si da' solo in forma negativa:
se un corpo varia la sua energia interna, mentra non varia nessun
parametro macroscopico come il volume, la forma, la magnetizzazione
ecc. allora dico che la variazione di energia si e' avuta tramite
scambio di calore.
Notate pero' che le ultime tre parole sono gia' un relitto del
passato: se dico che c'e' stato uno 'scambio", vuol dire che qualcosa
e' passato da A a B, ossia rischio di resusctiare la visione del
calore come sostanza...
Percio' si dice, ma sapendo che non si dovrebbe. Solo che non abbiamo
altro modo di dirlo :)
C'e' una stretta relazione tra calore e temperatura, in questo senso:
cheil calore puo' passare solo da un corpo a temperatura piu' alta a
uno a temp. piu' bassa.
Il che implica che se io ho a disposizione, come fonte di energia, un
corpo caldo, potro' al massimo partare un altro corpo alla stessa
temperatura del primo, ma mai oltre.
E questo ci aiuta a risolvere la questione si cui avete discusso: si
puo' identificare qualche specie di radiazione e.m. con il calore?
(Detto male: avrei dovuto dire "esiste qualche caso in cui quando un
corpo assorbe una rad. e.m. posso dire che ha assorbito calore?)
La risposta e' si', e faccio due esempi, uno che rientra nella
categoria, e uno che non ci rientra.
A. La luce del Sole.
Quando un corpo assorbe la luce solare, posso dire che assorbe calore.
Infatti non riuscirete mai, anche col piu' sofisticato congengo, a
utilizzare la luce solare per portare un corpo a oltre 6000 K (anzi
un po' meno).
E anche il rendimento di un sistema fotoelettrico sara' sempre limitato
dal teorema di Carnot, ecc.
B. Una sorgente appross. monocromatica (un laser, se volete).
In questo caso la limitazione non c'e': il corpo che assorbe la
radiazione puo' arrivare a una temperatura molto maggiore della
sorgente.
E lo stesso vale per il lavoro (per es. meccanico) ottenibile.
Detto in breve: una radiazione "nera" e' a tutti gli effetti calore.
Ma ovviamente esistono casi in cui la radiazione non e' all'equilibrio
termico, e allora il suo assorbimento non equivale a scambio di
calore.
 
------------------------------
Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
------------------------------

 sorgente.
Uhm. Temperatura del laser ? Non sara' per caso una temperatura negativa 
, vista l' inversione dei livelli ? Ma le temperature negative, dal 
punto di vista termodinamico sono maggiori di qualsiasi temperatura 
positiva. Quindi il corpo che assorbe la radiazione non puo' neanche in 
questo caso superare la temperatura della sorgente.
Piuttosto, il laser come fa variare l' energia interna del bersaglio ? 
Fa lavoro ? Se non fa lavoro macroscopico per la termodinamica e' di 
nuovo un trasferimento di tipo calore.
Secondo me la situazione in cui la radiazione scambia energia non
sotto forma di calore e' 
p.es
.  il caso in cui faccio lavoro attraverso 
la pressione di radiazione oppure  lavoro chimico (fotosintesi etc.)...
Giorgio

 sullo stesso piano.
Peraltro mi accorgo adesso che abbiamo tutti assunto che nanofuc 
parlasse di radiazione che trasporta energia. Ma la domanda potrebbe 
benissimo essere calore legato a un corpo o a un gas (una specie di 
radiazione, o fluido che permea il corpo).
Ieri ero a pranzo con due tuoi colleghi, cui ho chiesto se la radiazione 
di corpo nero poteva essere definite calore: ovviamente due risposte 
contrastanti :-)


 da eliminare.
Mi stavo chiedendo come sia possibile, e se abbia senso, scrivere un
bilancio del genere senza flussi sulla frontiera....bisogna ammettere la
presenza di sorgenti o pozzi interni oppure abbandonare l'ipotesi di corpo
continuo?
ciao 
nicola
-- 
"su ciň di cui non possiamo parlare, dobbiamo tacere.."
L. Wittgenstein
questo articolo e` stato inviato via web dal servizio gratuito 
http://www.newsland.it/news
 segnala gli abusi ad 
ab...@newsland.it