Re: calore è campo elettromagnetico?

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: Mon, 13 Jun 2005 21:02:44 +0200

Franco ha scritto:
> 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)...
Temo che l'OP si sia perso per strada :)
Lui fa una domanda "ingenua" che mostra le sue conoscenze certo non
molto profonde (e questa *non e'* una colpa).
E voi vi immergete in una discussione che sicuramente gli passa sopra
la testa (e nella quale poi entrero' anch'io ;-) )

Torniamo quindi alla domanda di partenza:

nanofuc ha scritto:
> � vero che anche il calore, cos� come la luce, � in realt� un'onda
> elettromagnetica? Come si pu� 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.
          

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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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Received on Mon Jun 13 2005 - 21:02:44 CEST