Ondata di “freddo” e global warming: due facce della stessa medaglia

[andrea.corigliano]

C'entra poco con questa discussione, ma pongo la domanda qui ugualmente.
Un uragano (faccio questo esmpio per la quantità di energia che alimenta il sistema) di fatto trasforma energia termica in lavoro? E' un fenomeno che contribuisce a dissipare energia termica?

Il concetto di dissipazione di energia mi è francamente un po' ostico, tra l'altro normalmente si fa riferimento alla dissipazione di energia come alla conversione di un energia "nobile" in calore, ma in questo caso penso ad un fenomeno che si alimenta di energia termica e può trasformarla in lavoro ad esempio spostando metri cubi di acqua nel tropical surge (sta solo aumentando l'energia potenziale dell'acqua spostata?) o spezzando rami o altro. E' un caso di dissipazione di energia? L'energia dissipata di fatto ha contribuito all'aumento dell'entropia?

Scusate le molte domande, ma sarei grato a chiunque riuscisse a chiarirmi anche solo un po' le idee.



Matteo

Proviamo a rispondere…
L’uragano è l’esempio calzante di una macchina termica. Per capirne il funzionamento dal punto di vista prettamente energetico, è necessario, anche in questo caso, andare a scomodare la termodinamica e il suo secondo principio. Prima, però, ti invito a guardare questa illustrazione

macchina_uragano.JPG

Il secondo principio della termodinamica dice che “è impossibile attivare un processo il cui unico risultato sia quello di trasformare in lavoro il calore sottratto da un’unica sorgente”. Nel funzionamento della macchina termica (illustrazione a sinistra) si assorbe una quantità di calore da una sorgente a temperatura alta, si fa del lavoro meccanico e si cede del calore ad un serbatoio avente temperatura più bassa. Come si può intuire, la macchina che lavora deve avere un rendimento, che è definito come il rapporto tra il lavoro complessivo eseguito e il calore assorbito dalla sorgente calda. Per essere più chiari, si può pensare al rendimento come al rapporto tra “ciò che si ottiene” (lavoro meccanico) e “ciò con cui si paga” (calore sottratto alla sorgente calda). Questo risultato fa vedere che una macchina termica ha rendimento pari al 100% solo se non viene ceduto calore al serbatoio freddo. Ma questo è impossibile, perché violerebbe proprio il secondo principio il cui enunciato è stato appena scritto sopra. Se quindi una quantità di calore viene prelevata da una sorgente calda, parte di questa energia deve essere utilizzata per compiere del lavoro meccanico e parte deve essere ceduta al serbatoio più freddo.

La stessa identica cosa succede per l’uragano (illustrazione a destra). Viene prelevato calore da una sorgente calda quale è il mare e questo calore viene utilizzato per fare anche in questo caso del lavoro meccanico, ovvero per produrre piogge torrenziali e venti forti. Parte del calore prelevato dal mare deve essere anche ceduto alla sorgente fredda, che in questo caso è l’atmosfera. Ma come avviene questo processo? Sappiamo che le forti correnti ascendenti che accompagnano l’uragano trasportano ingenti quantitativi di umidità e sappiamo altrettanto che la condensazione dell’umidità libera calore latente: ecco il cedimento di energia termica al serbatoio più freddo!

In sintesi, il lavoro che viene svolto dall’uragano è quello di prelevare una quantità di calore dal mare e trasformarla in eventi atmosferici dissipando proprio l’energia termica immagazzinata dalle acque oceaniche. Ma perché ciò accada, un’altra quantità di calore deve essere ceduta all’atmosfera sotto forma di calore latente di condensazione, altrimenti l'uragano non si potrebbe formare in quando verrebbe violato proprio il secondo principio della termodinamica.



PS: devo confessare che sono meravigliato e felice allo stesso tempo. Non credevo questo interesse per la fisica! Buono a sapersi...