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Modello standard ed energia termica

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paolo
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Modello standard ed energia termica

Messaggio da paolo » 13/12/2017, 22:56

Premesso che le mie conoscenze di fisica sono rudimentali (me ne interesso soprattutto dal punto di vista epistemiologico), mi risulta che il secondo il modello standard l'intero universo è governato dalle quattro forze fondamentali: interazione forte, debole, elettromagnetica e gravitazionale. Quindi ogni fenomeno fisico esistente dovrebbe essere descrivibile come azione di una o più di queste forze, ossia dovrebbe derivare come conseguenza necessaria dell'azione di queste forze. Ora, che cosa determina l'agitazione termica, fonte dell'energia termica? In altre parole, qual è la relazione tra le forze fondamentali e l'agitazione termica?
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Re: Modello standard ed energia termica

Messaggio da [email protected] » 09/06/2018, 1:21

Alle scuole elementari mi spiegarono che le "cose calde" sono fatte di molecole che vibrano, più vigorosamente vibrano, più alta è la temperatura di quell'oggetto.
Parliamo quindi di molecole che si spostano nello spazio con tutta la loro massa.
Possiamo presupporre che, se la molecola dotata di una determinata massa, si muove ad una certa velocità, è dotata di energia cinetica.
L'energia cinetica in un corpo macroscopico funziona in questa maniera: un oggetto di massa 1 Kg si muove in una direzione rettilinea alla velocità di 1 m/s possiede energia cinetica, Può dissiparla andando a sbattere contro un altro corpo trasmettendola, per esempio ad un magnete... [spoiler]E questo magnete può muoversi spostando il suo campo magnetico attraverso un solenoide, generando così un flusso di corrente, che a sua volta genera una tensione ai capi del solenoide... Che a sua volta può generare potenza, che si disspa in una resistenza di tungsteno, che a sua volta diventa incandescente ed emette radiazione luminosa sotto forma di fotoni... che a loro volta colpiscono una cella fotovoltaica che genera ulteriore potenza... Che alimenta un motore elettrico che genera torsione in una ruota... che spinge un oggetto molto duro su una superficie ruvida... Che si scalda per via dell'attrito.[/spoiler]

Nel caso di un gruppo di molecole, queste non si muovono in direzione rettilinea, ma si muovono liberamente nel loro spazio interagendo tra di loro a livello di micro interazioni elettromagnetiche:
Se due atomi si attraggono es. due atomi di idrogeno, due di ossigeno ecc... Questi si legano tramite legami di natura elettrostatica formando molecole. Se abbiamo un sistema stabile (es una goccia di acqua) non si possono creare ulteriori legami chimici perché ogni atomo di ossigeno in ogni mole di acqua, è legata ad due corrispettivi atomi di idrogeno. Possiamo legare queste molecole tra di loro solo con legami molecolari, grazie agli effetti attrattivi e repulsivi governati sempre dall'elettromagnetismo (vedi Legami intermolecolari - Wikipedia).

Grazie ai legami chimici (governati dall'elettromagnetismo) atomi e molecole non si muovono in direzione rettilinea verso l'infinito, ma interagiscono tra di loro, permettendo alle molecole di "vibrare" in un corpo allo stato solido.

Nel caso dei gas, invece la questione è diversa, Non abbiamo legami molecolari, le molecole viaggiano libere e tendono ad allontanarsi all'infinito... Questo è infatti quello che succede nello spazio, i gas si disperdono e le molecole si allontanano sempre di più fino a ottenere qualcosa che tende al "vuoto".
Quindi, per tenere un gas sotto pressione (che non si disperde nel vuoto) possiamo usare due cose: un contenitore fatto di atomi allo stato solido, ben chiuso e sigillato che impedisca al gas di disperdersi (per esempio l'abitacolo di un'astronave) oppure possiamo prendere una quantità di materia sufficientemente massiccia da deformare lo spazio-tempo creando un campo gravitazionale. In questo caso l'iterazione gravitazionale tenderà ad avvicinare gli atomi, proprio come fanno i pianeti con le loro atmosfere.

E nei liquidi? Beh, funziona con entrambi i meccanismi di solidi e gas, un po' la pressione spinge assieme le molecole, un po' si formano dei legami molecolari (più instabili rispetto allo stato solido)
Che ruolo ha la pressione nello stato liquido dell'acqua? Beh, l'acqua formata da molecole completamente immobili si lega formando ghiaccio alla temperatura di zero kelvin, se iniziamo a far vibrare le sue molecole queste giungono ad un punto dove i legami si sciolgono, e quando raggiungiamo gli zero celsius, il ghiaccio NON SI SCIOGLIE, ma SUBLIMA. l'acqua passa da solido ad aeriforme senza diventare liquida. Se ponessimo questo ghiaccio in un sistema lievemente pressurizzato, si verrebbe a creare una "finestra", o un "range di temperature" dove le molecole si legano con dei legami meno stabili, formando un liquido in continua evaporazione, es da 0°C a 10°C. Aumentando la pressione fino a un'atmosfera, questo range si espande fino a diventare 0-100°C

(E ora sappiamo tutto! Perché le comete hanno una coda di gas, Perché l'acqua ad alta quota bolle a 90°, e sappiamo perché nella pentola a pressione la sogia di ebollizione arriva anche a 120°C)

Quindi, cosa è la temperatura? Qualcosa tiene delle molecole vicine (legami molecolari e pressione (atmosferica o spinta)) e queste si muovono trasmettendo energia cinetica.

Cosa governa l'energia sotto forma di calore? Le solite forze fondamentali, che veicolano le direzioni in cui le molecole "riscaldate" si possono spostare.

Fonti:
Wikipedia
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