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Titolo: ebollizione acqua sotto vuoto

Oggi per caso ho visto la fine di una puntata di "la scuola in tv" su rai scuola. Il titolo è "acqua in ebollizione tra fisica e filosofia"
 
Negli ultimi 4 minuti si fa vedere il classico esperimento dell'acqua che bolle raffreddandosi sotto la campana in cui si fa il vuoto con una pompa aspirante.
 
Riassumo la spiegazione del fenomeno data dalla conduttrice   (in calce metto il link per chi volesse vederlo), vorrei sapere se qualcuno ha una spiegazione migliore.  Grazie. Carlo.
 
 
Chiede "come è possibile che durante un passaggio di stato la temperatura inizi a scendere?"  "il passaggio di stato comporta un impiego di energia per rompere i legami, ma l'acqua non è su un fornello, da dove la prende l'energia necessaria per rompere i legami?"
 
 
Risponde "per forza la deve prendere dall'energia interna che possiede l'acqua stessa. Quindi durante l'ebollizione, per bollire, l'acqua diminuisce la sua energia interna, e quindi va a diminuire anche l'energia cinetica delle molecole che la compongono, questa diminuzione di energia cinetica corrisponde una diminuzione della temperatura dell'acqua stessa"
 
 
 
Io avrei tenuto ben distinti i concetti di ebollizione e di evaporazione. Poi avrei detto che la pompa a vuoto "toglie l'aria" e insieme ad essa anche delle particelle di acqua che sfuggono dalla superficie. Le particelle che escono sono quelle che hanno maggior energia cinetica e quindi nel liquido restano le più fredde.
 
Attendo conferma.
Grazie. Carlo 
 
 
 
https://www.raiplay.it/video/2020/10/Paola-De-PaolisElisa-Scrocchi-Acqua-in-ebollizione-tra-fisica-e-filosofia-76ff98fa-7818-49ea-8a9e-a2c9dcf5ad68.html?wt_mc=2.www.wzp.raiplay_dati
 

 Io avrei tenuto ben distinti i concetti di ebollizione e di evaporazione. Poi avrei detto che la pompa a vuoto "toglie l'aria" e insieme ad essa anche delle particelle di acqua che sfuggono dalla superficie. Le particelle che escono sono quelle che hanno maggior energia cinetica e quindi nel liquido restano le più fredde.
 
Anche io la vedo sempre in termini di microstati, se elimini in blocco tutte le particelle piu "calde" , elimini tutti i micro stati
a piu' alta energia e la temperatura si abbassa per definizione statistica di temperatura.
 
Giulia

 
 
 
No, è proprio la trasformazione di stato che richiede entalpia (se la trasformazione avviene a pressione costante questa si identifica con il calore) e questa, essendo fornita prevalentemente dal liquido, ne abbassa la temperatura (a pressione costante il calore è un differenziale esatto e vale dQ = CpdT).
 
--
Wakinian Tanka

Carlo D ha scritto:
 > ...
 > Io avrei tenuto ben distinti i concetti di ebollizione e di
 > evaporazione. Poi avrei detto che la pompa a vuoto "toglie l'aria" e
 > insieme ad essa anche delle particelle di acqua che sfuggono dalla
 > superficie. Le particelle che escono sono quelle che hanno maggior
 > energia cinetica e quindi nel liquido restano le più fredde.
Sì, però attenzione: sono quelle che *avevano* maggiore energia cinetica.
Una volta uscite dal liquido ne hanno persa un po': non è che il vapore
sia più caldo del liquido!
 
Torna sempre utile considerare prima la condizione di equilibrio:
liquido in equilibrio col suo vapore sovrastante.
 
Qui abbiamo un continuo scambio: molecole passano dal liquido al
vapore e viceversa, in ugual numero.
Il tutto è alla stessa temperatura, l'en.cin. media è la stessa nel
liquido e nel vapore.
Passano dal liquido al vapore molecole con en.cin. superiore alla
media, che però perdono energia proprio perché debbono "rompere" i
legami, ossia aumentare la propria energia potenziale.
Quindi l'en. media delle molecole che non sono evaporate sarebbe
minore di quella prima dell'evaporazine.
Invece le molecole evaporate, trovandosi nel vapore, hanno la stessa
en.cin. media di quelle che già c'erano.
Sembrerebbe che i conti non tornino, ma occorre considerare che alcune
molecole del vapore vengono catturate dal liquido, col che aumentano
la loro en.cin., compensando l'energia che il liquido avrebbe perduta.
 
Insomma l'equilibrio è dinamico:
- nel numero, tante molecole evaporano in un dato tempo, e tante
condensano nel liquido.
- nell'energia, come ho già mostrato.
In senso macroscopico non ci accorgiamo di niente, sembra che non
cambi nulla, ma questo equilibrio è il risultato di un movimento
continuo nei due sensi.
 
Pensiamo ora all'evaporazione netta, ossia alle condizioni in cui
macroscopicamente vediamo il liquido evaporare.
Per es. mi bagno una mano, poi ci soffio sopra per asciugarla.
Il soffio serve ad assicurare un continuo ricambio dell'aria vicina al
liquido, in modo che non arrivi a saturarsi di vapore.
In questo caso il liquido perde realmente energia, quindi si
raffredda.
È per questo che d'estate si usano i ventilatori.
 
 > Alberto Rasà ha scritto:
 > Sono infatti concetti distinti, ma l'entalpia di passaggio di stato è
 > sempre quella (varia un poci con temperatura e pressione ma il
 > concetto non cambia).
Ho idea che ci vorrebbe un discorso lungo per chiarire la
relazione/distinzione tra evaporazione ed ebollizione.
Mi sa che non mi sento di farlo.
 
Però farei notare che il raffreddamento si ha sempre nel caso di una
condizione di non equilibrio, in cui prevale l'evaporazione.
A meno che il liquido non sia in contatto termico con un serbatoio
(termostato) che lo rifornisce di calore, mantenendone costante la
temperatura.
 
 > No, è proprio la trasformazione di stato che richiede entalpia
Tirare in ballo l'entalpia può essere un problema, perché è un
concetto assai meno familiare (chimici a parte) dell'energia. Se ne
potrebbe fare a meno, ma occorrerebbe tener conto, nel bilancio
dell'energia, del lavoro che necessariamente viene speso dall'ambiente
sul sistema o viceversa, quando durante la trasformazione il volume
varia. Vediamo.
 
Comincio assumendo che l'evaporazione avvenga in condizioni
adiabatiche e a volume costante.
Ciò vuol dire che il liquido è contenuto in un recipiente a pareti
rigide (L=0) e isolanti (Q=0). Allora (primo principio)
DU = 0 (D sta per Delta).
 
Questo vale comunque, anche se la trasformazione è irreversibile; per
es. se nello stato iniziale il liquido non occupa tutto lo spazio, ma
è sormontato da un gas in cui il vapore del liquido non è saturo,
mentre nello stato finale parte del liquido è evaporato e il vapore è
saturo.
(Nota che sto considerando una trasf. *finita*, non infinitesima.)
Non importa sapere che cosa accade nel corso della trasf.: l'energia
interna sarà ben definita negli stati iniziale e finale, e avrà lo
stesso valore.
 
Cambiamo ora le condizioni: il volume non è più fissato, ma è fissata
la pressione esterna, che resta costante.
Il primo principio vale comunque, ma L non è più nullo: invece
L = -P DV.
(Nota: prendo L positivo quando l'energia del sistema aumenta; nel
calcolo del lavoro non importa la pressione dentro, che potrà anche
non essere definita: serve la pressione esterna.)
Allora
DU + P DV = 0
D(U + PV) = 0
DH = 0
avendo definito
H = U + PV.
 
Potrei anche sostituire la condizione di pareti isolanti con quella di
temperatura esterna costante; arriverei, usando il secondo pricipio, a
delle *disuguaglianze per F o per G.
In particolare se la trasf. è reversibile, e sono costanti tanto P
quanto T, troverò
DG = 0
il che implica
g_l = g_v  (*)
Avendo definito
G_l = M_l g_l
G_v = M_v g_v.
Dato che nella (*) figurano solo grandezze intensive, se ne ricava una
relazione tra dP e dT: la pressione del vapore saturo dipende solo
dalla temperatura.
 
 > (a pressione costante il calore è un differenziale esatto e vale dQ
 > = CpdT).
Uhm...
Questo non mi piace.
Non ha senso dire che il calore è un diff. esatto.
E' vero che a pressione (esterna) costante
Q = DH
e per una trasf. reversibile infinitesima
Cp dT = dH
ma non ha senso parlare di diff. esatto, perché ti stai muovendo lungo
un'unica curva (P = cost.) e qualunque forma differenziale può solo
dipendere da T o in generale dalla variabile che scegli per
parametrizzare la trasf.
In altre parole, in una dimensione il concetto di diff. esatto è
banale: *tutti* i differenziali sono esatti e il concetto di diff.
esatto perde contenuto.
Per es. anche L è un diff. esatto e vale d(PV).
-- 
Elio Fabri

Reinvio il post che sembra scomparso in un black hole. :-(
 
Il 26/02/23 17:39, Carlo D ha scritto:
 > Oggi per caso ho visto la fine di una puntata di "la scuola in tv" su 
rai scuola. Il titolo è "acqua in ebollizione tra fisica e filosofia"
 
Il modo con cui sono state messe assieme Fisica e Filosofia meriterebbe 
un commento a parte ma qui  mi limito alla questione fisica.
 
 > Negli ultimi 4 minuti si fa vedere il classico esperimento dell'acqua 
che bolle raffreddandosi sotto la campana in cui si fa il vuoto con una 
pompa aspirante.
 
Il classico esperimento fa vedere l'abbassamento della temperatura di 
ebollizione con la diminuzione di pressione. Qui in realtà fanno 
qualcosa di più. Una dimostrazione della modalità di raffreddamento 
mediante diminuzione di pressione durante una transizione di fase del 
primo ordine.
 >
 > Riassumo la spiegazione del fenomeno data dalla conduttrice   (in 
calce metto il link per chi volesse vederlo), vorrei sapere se qualcuno 
ha una spiegazione migliore.  Grazie. Carlo.
 >
 >
 > Chiede "come è possibile che durante un passaggio di stato la 
temperatura inizi a scendere?"  "il passaggio di stato comporta un 
impiego di energia per rompere i legami, ma l'acqua non è su un 
fornello, da dove la prende l'energia necessaria per rompere i legami?"
 
 
Ecco, la "spiegazione" con la rottura dei legami l'abolirei per legge! 
In pratica è un mantenere in vita post-mortem l'idea dei "gancetti" che 
tengono assieme gli atomi.
Forse vale la pena di ricordare la definizione adottata ufficialmente 
dalla International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC):
 
"“there is a chemical bond between two atoms or groups of atoms in the 
case that the forces acting between them are such as to lead to the 
formation of an aggregate with sufficient stability to make it 
convenient for the chemist to consider it as an independent ‘molecular 
species’"
 
Quindi, la forza ci può essere sempre, indebolita quanto si vuole a 
grande distanza, ma basta che dia luogo a configurazioni abbastanza stabili.
 
Definizione che permette di distinguere atomi separati da aggregati 
molecolari ma poco si presta a distinguere una fase solida da una 
liquida e una gassosa. Le forze tra atomi, mediate dalla presenza degli 
elettroni, possono essere più o meno intense ma non ci sono "rotture 
improvvise".
 
Peraltro, per discutere le transizioniu di fase quello che serve è una 
comprensione dell' energia del sistema di atomi più che del dettaglio di 
cosa avviene tra gruppi di atomi.
 
Io direi che il passaggio da fase richiede una variazione di energia 
libera che, normalmente implica la necessità di fornire energia al 
sistema. Energia che, nel caso di una transizione del primo ordine (e 
quindi con calore latente) va a aumentare in modo continuo solo 
l'energia potenziale media del sistema molecolare durante la transizione.
 >
 > Risponde "per forza la deve prendere dall'energia interna che 
possiede l'acqua stessa. Quindi durante l'ebollizione, per bollire, 
l'acqua diminuisce la sua energia interna, e quindi va a diminuire anche 
l'energia cinetica delle molecole che la compongono, questa diminuzione 
di energia cinetica corrisponde una diminuzione della temperatura 
dell'acqua stessa"
 
Questa energia, che in una transizione a pressione costante deve esseere 
fornita dall' esterno (calore), nel caso della diminuzione di pressione 
viene sottratta all'energia cinetica media causando un abbassamento di 
temperatura.
 
 > Io avrei tenuto ben distinti i concetti di ebollizione e di 
evaporazione. Poi avrei detto che la pompa a vuoto "toglie l'aria" e 
insieme ad essa anche delle particelle di acqua che sfuggono dalla 
superficie. Le particelle che escono sono quelle che hanno maggior 
energia cinetica e quindi nel liquido restano le più fredde.
 
Questo io non lo direi così. Senza aggiungere altro, porterebbe a 
pensare che il vapore sia più caldo del liquido, cosa che all'equilibrio 
non può succedere.
 
Giorgio

 primo ordine.
 
In effetti la misurazione della temperatura dell'acqua durante il processo di
ebollizione al diminuire della pressione rende l'esperimento particolarmente
interessante.
 
-- 
    Elio Proietti
    Valgioie (TO)

 [it.scienza.fisica 28 feb 2023] Giorgio Pastore ha scritto:>> Il 26/02/23 17:39, Carlo D ha scritto:> > Oggi per caso ho visto la fine di una puntata di "la scuola in tv" su > > rai scuola. Il titolo č "acqua in ebollizione tra fisica e filosofia">> Il modo con cui sono state messe assieme Fisica e Filosofia meriterebbe > un commento a parte ma qui  mi limito alla questione fisica.Commento io: sono state messe assieme "come i cavoli a merenda"!Eppure (consapevolmente o meno) non si puņ fare "fisica" senza "metafisica".Sono tentato di aprire qualche thread su questo delicato rapporto, ma temo che la questione susciti poco interesse.  
 
dipende da come poni la questione.
Ad esempio quando Feynman afferma che l'energia non sappiamo
 cos'e' introduce la metafisica con la delicatezza di un
 genio.
Tieni conto che la metafisica in filosofia e' quel campo di studi
 che risponde alla domanda: " che cos'e' "?
Ora rispondere e' assai arduo.
Perche' toccherebbe essere geniali non in una ma in due materie
 come fisica e filosofia anche se nella storia della filosofia si
 sono cimentati fra i tanti Aristotele, Hume, Leibniz partendo dal
 termine piu' antico di energheia che corrisponde
 all'azione.
 
 
 Elio Proietti    Valgioie (TO)
 
 
-- 
 
ciao Massimo
 
 
________________________
 
##provare per credere##
 
 
----Android NewsGroup Reader----
https://piaohong.s3-us-west-2.amazonaws.com/usenet/index.html
 

   che risponde alla domanda: " che cos'e' "?
 
Una volta(da Aristotele a Wolff più o meno). Da Kant in poi il ruolo e 
lo status sono molto cambiate in filosofia.
 
Tuttavia non pensavo a questo tipo di discussioni (completamente OT qui 
su i.s.f.) ma a qualle "metafisica essenziale" che sta dietro le regole 
di interpretazione della fisica nota. p. es il principio di 
causa-effetto, il ruolo delle definizioni e il loro contenuto 
sperimentale,...). Queste sono comunque problematiche meta-fisiche ma 
non girano attorno a cosa è il fenomeno, bensì alle precondizioni che 
vincolano quanto possiamo dire  o non dire teoricamente o nella 
descrizione dei fenomeni.
 
Giorgio
 
PS quando citi, non lasciare come ultima cosa la firma del messaggio cui 
rispondi se non vuoi generare equivoco su chi sia l'autore del messaggio.