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Titolo: A proposito di temperatura

Rispondendo al post sulla temperatura degli aerei in volo, mi è venuto un
dubbio. Facciamo un esempio per chiarirlo: sono fermo sul mio motorino,
all'ombra, a torso nudo (è estate!), e percepisco una certa temperatura.
Poi comincio a viaggiare, sempre all'ombra, e percepisco una temperatura
inferiore. Ora, il mio dubbio è: questo è dovuto solo al fatto che disperdo
più rapidamente il calore del mio corpo (superiore a quello dell'aria),
oppure per effetto del movimento relativo tra l'aria e il mio corpo c'è un
"reale" abbassamento della temperatura? Se ad esempio al mio posto ci fosse
la sonda di un termometro, completamente isolata da qualsiasi cosa eccetto
l'aria, con una capacità termica ridicola e ovviamente senza fenomeni che la
riscaldino, osserverei la stessa cosa?
In pratica, è possibile che immergendo un corpo in un fluido a temperatura T
e mettendo in moto il fluido (o il corpo), l'oggetto in questione si porti
ad una temperatura più bassa di T? Oppure che ci sia disomogeneità di
temperatura tra il lato del corpo verso il quale il fluido si "scontra" e
quello da cui si allontana?
Grazie
Giacomo

 ad una temperatura più bassa di T? 
dunque..
un fluido a una temperatura T ha una tensione di vapore X, ovvero a 
quella temperatura deve avere una certa concentrazione di fluido 
vaporizzato nell'ambiente.
se tu porti via in qualche modo il vapore (ad esempio soffiando) nuovo 
fluido deve evaporare, la reazione di vaporizzazione richiede calore e 
il fluido lo prende da se stesso raffreddandosi (un po' come quando 
soffi sulla minestra per farla raffreddare)
lo stesso procedimento si usa anche in applicazioni più complesse, per 
esempio per arrivare dai 4 kelvin dell'elio liquido ad 1 kelvin
nel caso di una persona che si muove devi considerare che muovendoti 
incontri nuova aria a temperature più basse che quindi ti raffredda, 
oltre a far evaporare maggiormente il sudore
 > oppure per effetto del movimento relativo tra l'aria e il mio corpo
 > c'è un "reale" abbassamento della temperatura
questa mi pare un po' troppo fantasiosa ;)
ciao
Fra

Lo scambio di calore tra il corpo umano e l'ambiente puo' avvenire in
diversi modi: 1) irraggiamento, 2) conduzione e 3) convezione ma, in
particolare, per 4) evaporazione/condensazione.
Guarda caso sono poi anche i principali meccanismi che governano gli scambi
energetici della superficie terrestre, ma questo e' un altro discorso.
In ogni caso dei 4 modi, l'ultimo e' particolarmente efficiente e, in
genere, e' quello dominante nel caso di perdita di calore verso l'ambiente.
Come suggerisce Francesco e come ognuno puo' verificare bagnandosi le mani e
soffiandoci sopra, l'evaporazione e' fortemente  favorita dallo spostamento
dell'aria (a meno che non ci si trovi nella situazione limite che l'aria che
si sposta e' gia' satura, cioe' abbia umidita' relativa del 100%).  Nelle
immediate vicinanze della pelle l'aria e' in equilibrio con la superficie
umida e quindi satura; se il vento la porta via, altra acqua tende ad
evaporare dalla superficie per ripristinare la situazione di equilibrio e
cosi' via.  D'altra parte qualcosa deve fornire l'energia che serve a far
evaporare l'acqua (una quantita' piuttosto grande: 2500 joule per ogni
grammo di acqua evaporata) e questo e' qualcosa e' principalmente il corpo
umano.
Chi studia lo stato del corpo umano nell'ambiente ha introdotto parecchi
anni fa quello che viene chiamato il "wind chill factor" che dipende dalla
velocita' del vento e che va a completare con un peso molto rilevante i
parametri atmosferici standard (in particolare temperatura e umidita') per
definire la zona di benessere.  Se cercate con google trovate tabelle e
informazioni aggiuntive.
Inutile dire che l'importante e' il vento relativo: se uno corre deve fare
una somma vettoriale...
Daniele Fua'
Universita' di Milano-Bicocca

 riscaldino, osserverei la stessa cosa?
A mio parere osserveresti l'esatto contrario, cioe' un aumento della T 
dovuto alla conversione in calore dell'energia cinetica ceduta dall'aria 
nello scontro.

 riscaldino, osserverei la stessa cosa?
Dipende se la sonda del termometro e` asciutta o bagnata. Nel caso di 
bulbo bagnato la temperatura letta dal termometro e` inferiore a quella 
del bulbo asciutto, e la differenza e` legata alla temperatura e 
all'umidita` relativa dell'aria (se cerchi psicrometro dovresti trovare 
qualcosa in proposito). Come ti hanno gia` detto in altro post, 
l'evaporazione e` il sistema piu` efficace per disperdere potenza 
termica. Se ti trovi in una stanza con temperatura ambiente >37 C, 
pareti calde, l'unico modo che hai per dissipare e` far evaporare acqua 
dalla pelle: in queste condizioni si arrivano a picchi di dissipazione 
di circa 700W (e si muore disidratati in poco tempo :-)).
Ciao
-- 
Franco
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

Scusate se non rispondo singolarmente a tutti, ma sarebbe inutile ripetere
la stessa cosa più volte. Innanzi tutto vi ringrazio per le considerazioni
che hanno risolto in parte il problema, e in parte hanno contribuito a
delineare con più chiarezza i restanti dubbi: ora, ok per tutte le
considerazioni sull'umidità, sulla tensione di vapore, ecc..., ma vediamo di
delineare il problema in modo un po' diverso: immaginiamo di avere un fluido
a temperatura T, e immergerci un corpo esteso  (di forma non troppo strana),
isolante (sconduttore quel poco che gli serve per termalizzare su tempi
lunghi) e cosparso di sensori termici. Dopo un tempo sufficiente il corpo
sarà in equilibrio termico con il fluido e tutti i sensori termici
segneranno la temperatura T. Ora immaginiamo di mettere in movimento il
fluido (o il corpo!). Mi domando se effetti di variazione locale della
pressione e della densità del fluido, quali sicuramente si osservano a
velocità elevate, possano creare delle altrettanto locali variazioni di
temperatura, in modo che i sensori non segnino più tutti la temperatura T.
Se fosse possibile (ma forse è troppo), mi piacerebbe anche una stima
quantitativa (seppur grossolana) dei valori in gioco.
Se poi a qualcuno venisse la curisoità di sapere come mi è venuto di pensare
ad un problema del genere, eccovi accontentati: molte auto oggi hanno un
sensore della temperatura esterna; quando si ferma la macchina, vuoi perchè
è difficile piazare il sensore in un punto completaemtne isolato dal calore
del motore, vuoi perchè il sole scalda la carrozzeria, vuoi per mille altri
motivi, di solito questi sensori indicano una temperatura superiore a quella
dell'aria esterna (lonatana dalla macchina, intendo). Quando ci si mette in
moto, la temperatura indicata ovviamente cala, e non è difficile immaginare
che se il sensore è in un punto ben areato e la velocità e sufficientemente
alta, lo scambio termico del sensore e del vano in cui è piazzato con l'aria
"fresca" sia abbastanza rapido da dissipare il calore proveniente da altre
fonti "indesiderate" e portarli ad una temperatura molto simile a quella
della stessa aria "fresca". Ora, mi chiedevo se, a in certe condizioni, a
questa situazione si potesse sommare un effetto di abbassamento della
temperatura simile a quello dipotizzato all'inizio (ma va bene anche se ve
ne vengono in mente altri, ad esempio condensazione dell'imidità dell'aria,
ecc...) , che portasse il sensore a segnare una temperatura addirittura più
bassa di quella dell'aria esterna all'auto.
Grazie
Giacomo

 Giacomo
ciao
Francesco

 bassa di quella dell'aria esterna all'auto.
Rimaniamo al tuo caso concreto per non complicare le cose.
Hai un sensore con una certa forma e capacita' termica immerso in un fluido
ad una certa temperatura costante che gli scorre sopra.  Anche il fluido ha
certe proprieta' termiche definite.
Caso 1). Il sensore al tempo iniziale ha una certa temperatura diversa dal
fluido.  E' possibile calcolare (potrebbe essere un po' complicato ma non ci
sono impedimenti teorici) la quantita' di energia (calore) che passa
dall'uno all'altro nell'unita' di tempo.  Questo scambio tende ad avvicinare
le temperature del sensore e dell'aria ma, praticamente, cambia solo quella
del sensore perche' si suppone che la capacita' termica del sensore sia
finita mentre lo scorrere continuo del fluido e' equivalente a porre come
infinita la capacita' termica del fluido.  Lo scambio e' proporzionale alla
differenza di temperatura per cui l'andamento della temperatura del sensore
e' di tipo esponenziale con tendenza ad un valore asintotico costante.  Dopo
un certo tempo il sensore
possiede la stessa temperatura dell'aria e non c'e' neppure bisogno di fare
i calcoli per sapere esattamente quanta energia passava tra i due sistemi.
Notare che, in questo caso, l'equilibrio si ottiene nel momento in cui gli
scambi di energia sono zero ed e' indipendente dalla temperatura iniziale
del sensore.
Caso 2). Come sopra ma ci sono nei dintorni altre fonti o "pozzi" di
energia.  La cosa si complica perche' ora e' importante sapere esattamente i
flussi di energia tra i diversi componenti e la temperatura di equilibrio
potrebbe dipenderne fortemente.  In particolare l'equilibrio, cioe' la
situazione in cui la temperatura del sensore non cambia, potrebbe essere
raggiunta in una situazione "dinamica" cioe' quando l'energia (il calore)
che va nel sensore per opera di fonti piu' calde del sensore e' uguale a
quella che ne esce per opera di "pozzi" piu' freddi dello stesso sensore. In
questo caso il sensore raggiunge una temperatura di equilibrio intermedia
tra quelle delle sorgenti e dei pozzi.  Il caso che presenti tu e' circa
questo dove l'unico "pozzo" e' l'aria che scorre e le sorgenti potrebbero
essere varie parti del motore.  Se le sogenti sono trascurabili si rientra
nel caso (1).
Caso 2bis) un "pozzo" importante di energia potrebbe essere acqua che
evapora continuamente sopra o nelle vicinanze del sensore oppure un tubo
freddo dell'impianto di aria condizionata mal posizionato.  In entrambi i
casi il sensore potrebbe essere piu' freddo dell'aria ma ti consiglierei
anche di lamentarti con il costruttore.
Non l'ho detto esplicitamente qui ma trasferimenti di energia tra il sensore
ed il resto del mondo possono avvenire in diversi modi: occorre tenere conto
di tutti.
Daniele Fua'
Uni. Milano-Bicocca

 aumenta l'energia di quest'ultimo.
Ok, qui risiamo allo shuttle. Dici che è l'unico effetto? Se insisti va a
finire che mi convinci!  ;-)
Ciao
Giacomo

 anche di lamentarti con il costruttore.
Fin qui non ci piove, e le tue osservazioni sono precise e giuste, ma temo
che tu non abbia afferrato (sicuramente per colpa mia) il problema: il caso
del singolo sensore forse non rende bene l'idea, perchè quello che vorrei
sapere io è se una geometria estesa può creare fenomeni nel fluido che vi
scorre attorno tali da modificarne ("ne" del fluido) localmente la
temperatura...
Ciao
Giacomo

 finire che mi convinci!  ;-)
sinceramente non mi vengono in mente fenomeni per cui il termometro 
debba cedere energia alla massa d'aria.
quando sei davanti a un ventilatore, come ti ha anche scritto daniel in 
maniera più precisa, l'unico fattore per cui hai una sensazione di 
fresco è l'aumento dell'evaporazione del sudore..
se metti dell'acqua sul sensore allora siamo daccordo che la temperatura 
un po' scenderà (perchè il vento porterà via il vapore acqueo e questo 
dovrà rievaporare), ma in altri casi direi di no..
ad ogni modo aspetta l'opinione di qualcun altro!
ciao
Francesco

 temperatura...
Non sono ancora sicuro di avere capito la domanda.  Vuoi sapere se un fluido
che scorre su qualche superficie puo' scaldarsi per l'impatto?
Se e' cosi' la risposta e' ovviamente si.  Se il fluido ha viscosita' non
nulla, la superficie tende a frenare il flusso e per banale legge di
conservazione ti ritrovi energia cinetica macroscopica (il movimento
d'insieme del fluido) trasformata in energia cinetica microscopica
(agitazione molecolare) del fluido stesso e quindi variazione della sua
temperatura. Questa variazione della temperatura del fluido puo',
altrettanto ovviamente, influire su quella della superficie ma bisogna tener
conto che il fluido, man mano che si scalda, scorre e va a riscaldare parti
diverse della superficie.
Comunque, se non ricordo male, si racconta che il signor Joule per trovare
il famoso legame tra calore ed energia (o lavoro) misurasse la temperatura
dei fiumi prima e dopo cascate trovando che, effettivamente, dopo le cascate
l'acqua era un po' piu' calda.  Forse gia' questa storia (o aneddoto
verosimile, non so) avrebbe risposto alla tua domanda.
Daniele Fua'
Uni. Milano-Bicocca

 fluido che scorre su qualche superficie puo' scaldarsi per l'impatto?
Non proprio... la mia domanda era "variare la sua temperatura (locale)", e
non "scaldarsi": il secondo è, ovviamente, un caso particolare del primo;
quando poi lo fa per semplice "attrito" il caso è ancora più particolare e
di sicuro il più intuitivo. Io invece ero alla ricerca di fenomeni che
generassero una locale diminuzione di temperatura... in effetti l'assenza di
risposte in tal senso dovrebbe farmi pensare che non ce ne siano, ma un bel
NO di qualcuno che ben argomenta la sua risposta mi avrebbe convinto di più,
e avrebbe fugato il dubbio di non essermi spiegato per niente bene...
Un esempio (magari del tutto sbagliato) che mi viene in mente per far capire
dic osa parlo potrebbe essere, chessò: "il fludo nella 'scia' del corpo si
trova a pressione minore, e l'esapansione a cui va incontro provoca un
locale abbassamento della temperatura". Ovviamente è solo un esempio...
Su tutto il resto che scrivi, ovviamente, siamo d'accordo.
Ciao e grazie
Giacomo

 effettivamente, dopo le cascate l'acqua era un po' piu' calda.
Mi sembra difficile.
Se non ho sbagliato il conto, con un cascata di 100 metri la temperatura
aumenta al massimo di un quarto di grado.
------------------------------
Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
------------------------------
From 

 locale abbassamento della temperatura". Ovviamente è solo un esempio...
Giacomo, effettivamente non avevo capito bene e chiedo scusa.  Tu poni 
un problema interessante e devo spulciare qualche testo di 
fluidodinamica per avere la risposta definitiva.
In breve: in un fluido in moto (anche stazionario ma non uniforme) si 
formano delle zone di alta e bassa pressione per quello che viene 
chiamato effetto Bernoulli. Se il fluido e' compressibile, nelle zone di 
alta pressione si verifica compressione; viceversa espansione nelle zone 
di bassa pressione.  Tutto cio' indipendentemente dalla dissipazione che 
era l'unico fenomeno che avevo considerato nei messaggi precedenti.
Ora il problema e': queste compressioni/espansioni posono essere 
considerate isoentropiche o no (oltre che adiabatiche, ovviamente)?  Se 
si, sono associate a variazioni della temperatura del fluido come tu 
ipotizzi e non vedo controindicazioni al fatto che un sensore 
appropriato sia in grado di misurarle.
Cosi a naso, secondo me lo sono ma qualche esperto e' benvenuto a dare 
la sua idea.
Quanto alla nota di Fabri.  Si, per una cascata di 100 metri anche a me 
risulta una variazione di circa 1/4 di grado e anche io dubito che Joule 
l'abbia fatto veramente.  Tuttavia se guardi nella sua biografia in 
questo link
http://www.kent.k12.wa.us/staff/trobinso/physicspages/Web/Joule/JOULE.HTM
dicono che l'abbia fatto durante il suo viaggio di nozze.  Si vede che 
non aveva molto meglio da fare...
E' un aneddoto "possibile" che ricordavo di aver letto da giovane in 
qualche libro per ragazzi.  D'altra parte, pero', immagino anche che 
l'esperimento vero di Joule con il calorimetro con dentro una paletta 
azionata da pesi che cadevano non desse differenze di temperature molto 
piu' grandi.
Daniele Fua
Uni. Milano-Bicocca

 molto piu' grandi.
Si', pero' le condizioni sperimentali erano assai piu' controllabili.
Mi risulta che Joule usasse termometri al ventesimo di grado, e pesi
di parecchi kg, che faceva cadere piu' volte.
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