martedì 3 maggio 2011

La capacità termica e il calore specifico

 

Cosa si intende per capacità termica e per calore specifico? Partiamo dal fatto che l’afflusso di una stessa quantità di energia non provoca lo stesso aumento di temperatura in tutti i corpi. Per esempio, il calore fornito da un fiammifero acceso rende incandescente uno spillo, ma fa aumentare di pochissimo la temperatura di un chilogrammo di acqua. La capacità termica di un corpo è la grandezza che misura quanta energia è necessaria per aumentare di 1 K (o di 1 °C, che è la stessa cosa) la temperatura del corpo. Essa è definita come il rapporto tra la quantità di energia ∆E che il corpo assorbe e il corrispondente aumento di temperatura ∆T:

La capacità termica si misura un joule/kelvin.

Questa grandezza dipende dalla sostanza di cui è composto un corpo e anche dalla sua massa. E’ evidente, per esempio, che la capacità termica di 10 kg di acqua è maggiore di quella di 1 kg di acqua. Per ottenere lo stesso aumento di temperatura è necessario fornire molta più energia nel primo caso che nel secondo.

L’alta capacità termica delle grandi masse di acqua contenute nel mare o nei laghi spiega come mai il clima nelle regioni costiere sia molto più temperato che nelle zone interne. Durante l’estate, infatti, l’acqua assorbe molto calore dall’ambiente, aumentando la propria energia interna ed evitando così che la temperatura esterna salga eccessivamente. Cede poi lentamente questo calore durante i mesi invernali mantenendo relativamente alta la temperatura dell’aria.

L’aumento della capacità termica di un corpo all’aumentare della massa si spiega facilmente pensando che la massa di un corpo (costituito da un’unica sostanza) è direttamente proporzionale al numero di molecole. L’arrivo di una determinata quantità di energia (per esempio sotto forma di calore) si ripartisce mediamente in misura eguale tra le diverse molecole, contribuendo anche ad aumentare l’energia cinetica dei loro centri di gravità e quindi la temperatura del corpo.

Poiché tale fenomeno dipende dal numero di molecole, la stessa quantità di energia in arrivo produce su una massa doppia (cioè su una popolazione doppia di molecole) un effetto dimezzato. L’innalzamento di temperatura prodotto da una determinata quantità di energia è così inversamente proporzionale alla massa.

Perciò, volendo aumentare di uno stesso numero di gradi la temperatura di due corpi (costituiti da sostanze identiche), occorre fornire energia in proporzione alla loro masse. La capacità termica è quindi direttamente proporzionale alla massa:

dove c è il calore specifico della sostanza di cui è costituito il corpo.

Il calore specifico si misura in

ed esprime la quantità di energia che è necessaria per innalzare di 1 K la temperatura di 1 kg di una determinata sostanza.

Eguagliando le due formule precedenti si ottiene:

 

cioè

L’energia che occorre fornire ad un corpo per aumentare la sua temperatura è direttamente proporzionale al suo calore specifico, alla sua massa e alla variazione di temperatura. Analogamente l’energia che bisogna sottrarre per diminuire la temperatura di un corpo è direttamente proporzionale a c, m e ∆T.

Nella tabella seguente sono elencati i calori specifici di alcune sostanze a temperatura ambiente (T = 293 K) e a pressione atmosferica

Sostanza

Calore specifico

Acqua 4186
Alluminio 880
Anidride carbonica (273 K) 820
Argento 240
Aria (273 K) 1004,6
Carbonio 850
Elio (273 K) 5100
Ferro 460
Idrogeno (273 K) 14300
Mercurio 138,1
Oro 129
Ossigeno (273 K) 920,9
Ottone 380
Rame 387
Vapore d’acqua (273 K) 2000
Vetro (in media) 800

Occorre osservare come il calore specifico dell’acqua sia molto più elevato di quello delle altre sostanze non gassose. E’ a questa proprietà dell’acqua che si deve il suo effetto regolatore della temperatura.


lunedì 2 maggio 2011

I numeri complessi

 

Com’è possibile che –1 possa avere una radice quadrata? Il quadrato di un numero positivo è sempre positivo e il quadrato di un numero negativo è ancora positivo (mentre il quadrato di 0 è ancora 0). Sembra impossibile poter trovare un numero il cui quadrato sia realmente negativo.

In realtà tutto ciò che occorre fare è introdurre una singola quantità, che chiamiamo i, il cui quadrato è –1, e aggiungerla al sistema dei numeri reali per formare espressioni della forma

a + ib

dove a e b sono numeri reali arbitrari. Una qualsiasi di queste combinazioni è chiamata numero complesso. La quantità i invece viene chiamata unità immaginaria.

Nell’immagine sotto possiamo vedere la situazione dal punto di vista insiemistico. L’insieme dei numeri complessi include l’insieme dei numeri immaginari e quello dei numeri reali che hanno come elemento di intersezione l’elemento zero.

E’ facile capire come sommare due numeri complessi:

(a + ib) + (c + id) = (a + c) + i(b + d)

che è nella stessa forma di prima (con i numeri reali a + c e b + d che prendono il posto degli a e b dell’espressione originaria). E per la moltiplicazione? Questa è altrettanto facile. Troviamo il prodotto di a+ib per c+id. Moltiplichiamo semplicemente questi fattori, sviluppando l’espressione con le consuete regole dell’algebra:

(a + ib)(c + id) = ac + ibc + aid + ibid = ac + i(bc + ad) + i2bd

Ma i2 = –1, così possiamo scrivere che

(a + ib)(c + id) = (ac – bd) + i(bc + ad)

che è ancora della forma a + ib, ma ac – bd al posto di a e bc + ad al posto di b.

La sottrazione di due numeri complessi è abbastanza facile, ma la loro divisione? Cerchiamo ora di dividere il numero complesso a + ib per il numero complesso c + id. Quest’ultimo numero non deve essere zero, il che significa che i numeri reali c e d non possono essere entrambi zero. Per tale ragione c2 + d2 > 0, quindi c2 + d2 ≠ 0, cosicché possiamo dividere per c2 + d2. E’ un semplice esercizio verificare che (moltiplicando ambedue i lati dell’espressione qui sotto per c + id)

Questa ha la stessa forma generale di prima, quindi è ancora un numero complesso.

Queste ovviamente sono solo le basi dei numeri complessi. In realtà i numeri complessi ci aprono un intero mondo straordinario che ha applicazioni anche in Fisica ed Ingegneria. Per approfondimenti potere consultare i seguenti documenti pdf scaricabili qui e qui.

Per chi non ha paura dell’inglese questa playlist di YouTube mostra delle lezioni interessanti sui numeri complessi. Buona visione.

http://www.youtube.com/view_play_list?p=BBA07CCF07E9D261


Dropbox per condividere i files

 

Creare un hard disk online con Dropbox è molto facile. Si tratta di un servizio gratuito di file hosting per condividere le tue foto, i documenti e i filmati con chiunque e di accedervi da qualsiasi computer, palmare o cellulare. Il servizio Dropbox funziona con i sistemi operativi Windows, Mac, Linux, iPad, iPhone, Android e BlackBerry e mette a disposizione uno spazio di 2 GB gratuitamente e fino a 100 GB con sottoscrizione. E’ possibile condividere una cartella del nostro spazio online semplicemente mandando un’email all’utente che si intende invitare.

Il servizio può essere usato anche via web, caricando e visualizzando i file tramite qualunque browser, oppure tramite il driver locale (un software leggerissimo che si installa in pochi secondi) che sincronizza automaticamente una cartella locale del del proprio computer con quella condivisa, notificando le sue attività all'utente.

In questo modo il nostro account Dropbox serve per avere i propri file sempre a disposizione da qualunque postazione, per condividerli con chi vogliamo, per effettuare il backup dei nostri documenti più importanti. Personalmente il fatto di poter accedere ai miei file da qualunque luogo nel mondo e da qualunque computer, lo considero un fatto affascinante, oltre che estremamente utile.

Come ci si iscrive e si usa Dropbox? Intanto collegatevi a questo link e poi nel seguente filmato potete vedere una breve e chiarissima guida all’uso di Dropbox. Seguite le istruzioni a avrete a disposizione il vostro account in pochi minuti.

Buona visione.

Come usare Dropbox


domenica 1 maggio 2011

Lampade IKEA ad energia solare

 

Anche l’IKEA non è rimasta insensibile alla diffusione delle lampade ad energia solare. Ad esempio la lampada da tavolo SUNNAN possiede un piccolo pannello solare e una batteria per accumulare l’energia. In questo modo può fornire luce per altre 4 ore dopo il tramonto del sole. Il prezzo di questa lampada (che potete vedere in figura) è sceso recentemente a 10,99 euro.

Ultimamente però IKEA ha presentato sul mercato una nuova lampada ad energia solare. Si tratta di SOLVINDEN (prezzo 19,99 euro) che presenta delle caratteristiche un po’ superiori rispetto alla lampada SUNNAN. La lampada è sempre a LED, ma sono incluse tre batterie ricaricabili che hanno una durata di due anni. Ovviamente per caricare questa lampada occorre esporla alla luce solare diretta per un tempo compreso tra le 9 e le 12 ore. Anche in questo caso con la massima carica viene garantita una durata dell’illuminazione di circa 4 ore. Il led della lampada ha una vita media di oltre 20000 ore.

La lampada solare SOLVINDEN è disponibile in 4 colorazioni diverse (vedi immagine sotto). Le dimensioni sono di 40 centimetri in altezza per 16 di larghezza.


Antimateria (video conferenza)

 

In questa video conferenza si parla di antimateria. Mi immagino che qualcuno di voi dirà:

“ma le conferenza sono noiose, fanno sbadigliare e io perché mai dovrei sorbirmi ben 55 minuti di conferenza sull’antimateria stando davanti al monitor del computer? Piuttosto mi vado a fare una passeggiata”

Fermo restando che farsi una passeggiata anziché stare davanti al monitor del computer non è una cattiva idea, ma in questo caso vi posso assicurare che questa conferenza non è noiosa e non fa sbadigliare, per diversi motivi:

1) si parla di antimateria e l’antimateria è qualcosa di affascinante e voi non riuscite a resistere Sorriso,

2) si spiega come è stata concepita e scoperta l’antimateria soprattutto per merito di Paul Dirac,

3) Dirac non era solo un genio, ma anche un personaggio davvero atipico e su di lui vengono raccontati alcuni simpatici aneddoti,

4) si spiega cosa è esattamente l’antimateria facendo le pernacchie alle nozioni sbagliate che ha divulgato Dan Brown nei suoi libri Occhiolino,

5) a proposito del punto 4), il filmato mostra delle nozioni corrette sull’antimateria in contrasto con le baggianate che spesso vengono mostrate su YouTube,

6) vengono sfatate molte delle “leggende metropolitane” sull’antimateria diffuse dalla letteratura fantascientifica,

7) perché, i primi sei punti non sono bastati ad incuriosirvi? Sorriso

Visto che ormai penso di avervi convinti, vi lascio alla visione della video conferenza sull’antimateria (a cura dell’Istituto Veneto di Scienze, Lettere ed Arti).

Buona visione.

L’antimateria


sabato 30 aprile 2011

Gli abissi marini esplorati con uno scooter sottomarino elettrico

 

Questo bizzarro veicolo sottomarino si chiama Aqua Star ed è stato concepito per permettere un’esperienza di immersione subacquea praticamente a chiunque. Non è richiesta una patente, non c’è bisogno di portare pesanti attrezzature e non c’è bisogno di esperienza. Seduti su questo scooter elettrico si può respirare tranquillamente e si può esplorare il fondale marino procedendo ad una velocità massima di 7 km/h e si può raggiungere una profondità massima di 12 metri. In questo modo è possibile avere accesso a basse scogliere senza bisogno di immergersi con pesanti bombole di ossigeno sulle spalle.

scooter sottomarino

La durata della batteria elettrica permette un’autonomia di circa due ore e mezza. La guida di Aqua Star è molto semplice: basta ruotare il manubrio secondo le direzioni destra-sinistra e alto-basso per effettuare le manovre.

Il casco “da palombaro” è integrato nel corpo dello scooter e tutti i pesanti apparati per la respirazione sono montati a bordo. Il pilota in questo modo è libero di scendere, nuotare e risalire a bordo. Aqua Star è disponibile anche nella versione a due posti.

Le caratteristiche tecniche sono:

Lunghezza: 110 cm.

Altezza: 140 cm.

Larghezza: 60 cm.

Velocità massima: 7 km/h.

Peso: 40 Kg.

Autonomia delle batterie: 2 ore.

Autonomia dell’ossigeno: 45 minuti.

Aqua Star


Cosa guarda un uomo in una donna?

 

Per molti(e) quella del titolo è una domanda oziosa. Ma se si vuole procedere scientificamente occorre attenersi alle statistiche! Per questo motivo ho trovato questo grafico molto interessante che mostra cosa guarda un uomo quando incontra una donna. Non c’è dubbio, osservando il grafico, che l’intelligenza non è molto ammirata, mentre la personalità colpisce certamente molto di più. Ma sono altre le caratteristiche che vanno per la maggiore e secondo me tra queste c’è sicuramente l’aspetto fisico. Quindi niente di nuovo sotto il sole…

La superficialità dei maschi ne esce confermata, in definitiva.

Se il grafico vi sembra strano non vi preoccupate, siete voi che avete le traveggole Sorriso


Come riconoscere gli Euro falsi

 

In questo filmato la Guardia di Finanza ci mette a disposizione delle tecniche molto interessanti per riconoscere gli Euro falsi. Vengono individuati tre criteri essenziali (validi per le monete):

1) il magnetismo;

2) la bordatura;

3) il rilievo.

Le monete da 1 Euro e da 2 Euro, ad esempio, sono caratterizzate da magnetismo solo nella parte centrale con totale assenza nella bordatura. Le monete false invece saranno prive di magnetismo, oppure saranno magnetizzate in tutte le loro parti. Tutti i dettagli riguardo a come riconoscere gli Euro falsi sono comunque contenuti nel seguente filmato (della durata di circa 2 minuti e mezzo) che vi fa capire ogni cosa con esempi pratici.

Buona visione e buon riconoscimento Occhiolino

Riconoscere Euro falsi


Vivere senza lavorare

 

Dopo avere scritto sull’argomento come fare soldi senza lavorare, oggi mi dedico a qualche riflessione su un argomento molto simile ma non esattamente uguale. Si può vivere senza lavorare?

vivere senza lavorare

In questo caso ovviamente si tratta di potersi mantenere senza avere uno stipendio, una paga, un’entrata. Ma chi si può permettere una vita del genere? Ovviamente per vivere in questo modo bisogna essere ricchi o in alternativa bisogna avere percepito una vincita a qualche lotteria Sorriso. Oppure bisogna adattarsi a vivere di stenti o di elemosina, o anche vivere con genitori pensionati Occhiolino. Sto parlando di casi in cui non si lavora “per scelta” e non perché non si trova lavoro.

In realtà mi sono sorpreso nel constatare che per vivere in maniera semplice e frugale non c’è bisogno di molto denaro. Gli standard consumistici della nostra epoca ci fanno credere che entrate di alcune migliaia di euro mensili siano quasi insufficienti per vivere decorosamente. In realtà se ci si limita all’essenziale, rinunziando alle mode e a tutto il resto, vivere senza lavorare diventa davvero possibile.

Ovviamente tutto ciò ha un prezzo. Di solito la scelta di vivere senza lavorare è una scelta radicale che implica automaticamente un isolamento dalla società. Chi non lavora diventa “inutile”, quindi dovrà fare i conti con il rifiuto da parte degli altri. Finisce lo stress del lavoro, ma comincia lo stress della solitudine. Bisogna vedere se il soggetto sopporta meglio lo stress del lavoro o lo stress della solitudine. Chi non lavora non può avere figli, ovviamente.

Da questo punto di vista vivere senza lavorare è quindi una scelta individuale. Il tempo che si può dedicare a se stessi potrebbe non avere prezzo e valere ampiamente l’abbandono delle consuetudini e dei condizionamenti sociali. L’uomo più ricco non è quello che ha il denaro, ma quello che ha tempo.

Voi cosa ne pensate? Se vi capitasse l’occasione di poter vivere senza lavorare, cosa fareste? Prendereste questa strada, oppure scegliereste di lavorare perché lo stress di esalta Occhiolino?

Io, se potessi vivere senza lavorare mi dedicherei alle mie numerose passioni, quindi sarebbe una vita attivissima. Infatti sono un convinto sostenitore del fatto che vivere senza lavorare è comunque molto meglio di lavorare senza vivere Occhiolino


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La convergenza evolutiva

 

Per convergenza evolutiva si intende quel fenomeno per cui specie diverse che vivono nello stesso ambiente o in ambienti molto simili tra loro possono evolversi fino ad assomigliarsi.

Questa somiglianza di ottiene sviluppando strutture o adattamenti collegati alle medesime pressioni ambientali, in seguito a processi di selezione naturale. Per esempio molte specie di mammiferi marsupiali dell’Australia sono simili ad alcune specie di mammiferi placentati che abitano altre zone della Terra; quanto ai pesci e ai cetacei, l’ambiente marino ha influito in maniera determinante nell’evoluzione di entrambi gli ordini, dando loro un aspetto grossomodo simile.

Un caso di convergenza evolutiva piuttosto significativo lo possiamo vedere in queste tre immagini:

Squalo (pesce)

 

Delfino (mammifero)

 

Ittiosauro (dinosauro vissuto nel periodo Giurassico)


Fotografie al microscopio

 

Il mondo microscopico è davvero affascinante. Tutti abbiamo almeno una volta osservato qualcosa al microscopio e siamo rimasti stupiti di fronte al nuovo universo che ci si è aperto davanti. Il microscopio è lo strumento che ci permette questi “viaggi” nel mondo degli oggetti e degli esseri viventi troppo piccoli per essere visibili ad occhio nudo.

Nonostante i primi microscopi siano stati costruiti solo nel XVI secolo, ci hanno permesso scoperte davvero straordinarie. In questo filmato possiamo vedere una sequenza di immagini riprese al microscopio di microorganismi. E’ un piccolo viaggio tra batteri, alghe è tanti altri minuscoli abitanti del nostro pianeta che non abbiamo la possibilità di vedere ad occhio nudo, ma che sono assolutamente fondamentali per la vita sulla Terra.

In fondo i primi esseri viventi che hanno colonizzato questa nostra piccola roccia vagante nello spazio erano molto più simili a questi microorganismi che agli animali o alle piante che possiamo vedere ad occhio nudo. Quando guardiamo delle immagini o delle fotografie al microscopio di esseri viventi quindi, non facciamo solo un viaggio nel mondo dell’infinitamente piccolo, ma anche un balzo indietro nel tempo di alcuni miliardi di anni, quando la vita sulla Terra era appena nata.

Buona visione del filmato.

Fotografie al microscopio


Space X Starship: il nuovo tentativo di lancio del 18 novembre 2023.

Vediamo un frammento della diretta del lancio dello Starship del 18 noembre 2023. Il Booster 9, il primo stadio del razzo, esplode poco dopo...