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I buchi neri che … evaporano

16 Ago

Uno degli aspetti che da sempre fa discutere e creare complottismi su LHC, e’ di sicuro la possibilita’ di creare mini buchi neri. Questa teoria nasce prendendo in considerazione le alte energie in gioco all’interno del collissore del CERN e la possibilita’ che nello scontro quark-quark possa venire a crearsi una singolarita’ simile a quella dei buchi neri.

Se avete perso i precedenti articoli, di LHC abbiamo parlato in questi post:

2012, fine del mondo e LHC

Bosone di Higgs … ma che sarebbe?

Sia ben chiaro, la storia dei buchi neri non e’ la sola creata su LHC. Il CERN ogni giorno riceve lettere che chiedono la chiusura dell’esperimento per il pericolo che questo rappresenta per l’intera terra. Diverse volte il CERN e’ anche stato chiamato in giudizio a fronte di vere e proprie denuncie di pseudo scienziati che lo accusavano farneticando teorie senza capo ne’ coda. Come potete immaginare, tutte le volte le accuse sono state rigettate e non solo LHC il prossimo anno ripartira’, ma a gia’ fornito risultati fisici di prim’ordine.

Perche’ si discute tanto di buchi neri? Qui ognuno puo’ formulare la propria ipotesi. Io ho una mia idea. Parlare di buchi neri, e’ qualcosa che da sempre stimola la curiosita’ e il timore delle persone. Un buco nero e’ visto come qualcosa di misterioso che vive nel nostro universo con caratteristiche uniche nel suo genere: mangia tutto cio’ che gli capita a tiro senza far uscire nulla. L’idea di poter avere un mostro del genere qui sulla terra, scatena gli animi piu’ catastrofisti pensando a qualcosa che nel giro di qualche minuto sarebbe in grado di divorare Ginevra, la Svizzera, il mondo intero.

Come anticipato, LHC e’ ora in stato di fermo. Si sta lavorando incessantemente per migliorare i rivelatori che vi operano al fine di ottenere risultati sempre piu’ accurati e affidabili. Alla ripartenza, avendo ormai preso piu’ confidenza con la macchina, si pensa anche di poter aumentare l’energia del centro di massa, cioe’ quella a disposizione per creare nuove particelle, portandola da 7 a 10 TeV. Come e’ ovvio, questa notizia non poteva che riaccendere gli animi catastrofisti. Al momento non si e’ creato nessun buco nero perche’ l’energia era troppo bassa, gli scienziati stanno giocando con il fuoco e porteranno alla distruzione della Terra. Queste sono le argomentazioni che cominciate a leggere in rete e che non potranno che riaumentare avvicinandoci al momento della ripartenza.

Se anche dovesse formarsi un mini buco nero, perche’ gli scienziati sono tanto sicuri che non accadra’ nulla? Come sapete, si parla di evaporazione dei buchi neri. Una “strana” teoria formulata dal fisico inglese Stephen Hawking ma che, almeno da quello che leggete, non e’ mai stata verificata, si tratta solo di un’idea e andrebbe anche in conflitto con la meccanica quantistica e la relativita’. Queste sono le argomentazioni che leggete. Trovate uno straccio di articolo a sostegno? Assolutamente no, ma, leggendo queste notizie, il cosiddetto uomo di strada, non addetto ai lavori, potrebbe lasciarsi convincere che stiamo accendendo una miccia, pensando che forse si spegnera’ da sola.

Date queste premesse, credo sia il caso di affrontare il discorso dell’evaporazione dei buchi neri. Purtroppo, si tratta di teorie abbastanza complicate e che richiedono molti concetti fisici. Cercheremo di mantenere un profilo divulgativo al massimo, spesso con esempi forzati e astrazioni. Cio’ nonostante, parleremo chiaramente dello stato dell’arte, senza nascondere nulla ma solo mostrando risultati accertati.

Cominciamo proprio dalle basi parlando di buchi neri. La domanda principale che viene fatta e’ la seguente: se un buco nero non lascia sfuggire nulla dal suo interno, ne’ particelle ne’ radiazione, come potrebbe evaporare, cioe’ emettere qualcosa verso l’esterno? Questa e’ un’ottima domanda, e per rispondere dobbiamo capire meglio come e’ fatto un buco nero.

Secondo la teoria della relativita’, un buco nero sarebbe un oggetto estremamente denso e dotato di una gravita’ molto elevata. Questa intensa forza di richiamo non permette a nulla, nemmeno alla luce, di sfuggire al buco nero. Essendo pero’ un oggetto molto denso e compatto, questa forza e’ estremamente concentrata e localizzata. Immaginatelo un po’ come un buco molto profondo creato nello spazio tempo, cioe’ una sorta di inghiottitoio. La linea di confine tra la singolarita’ e l’esterno e’ quello che viene definito l’orizzonte degli eventi. Per capire questo concetto, immaginate l’orizzonte degli eventi come una cascata molto ripida che si apre lungo un torrente. Un pesce potra’ scendere e risalire il fiume senza problemi finche’ e’ lontano dalla cascata. In prossimita’ del confine, cioe’ dell’orizzonte degli eventi, la forza che lo trascina giu’ e’ talmente forte che il pesce non potra’ piu’ risalire e verra’ inghiottito.

Bene, questo e’ piu’ o meno il perche’ dal buco nero non esce nulla, nemmeno la luce. Dunque? Come possiamo dire che il buco nero evapora in queste condizioni?

La teoria dell’evaporazione, si basa sulle proprieta’ del vuoto. Come visto in questo articolo:

Se il vuoto non e’ vuoto

nella fisica, quello che immaginiamo come vuoto, e’ un continuo manifestarsi di coppie virtuali particella-antiparticella che vivono un tempo brevissimo e poi si riannichilano scomparendo. Come visto nell’articolo, non stiamo parlando di idee campate in aria, ma di teorie fisiche dimostrabili. L’effetto Casimir, dimostrato sperimentalmente e analizzato nell’articolo citato, e’ uno degli esempi.

Ora, anche in prossimita’ del buco nero si creeranno coppie di particelle e questo e’ altresi’ possibile quasi in prossimita’ dell’orizzonte degli eventi. Bene, ragioniamo su questo caso specifico. Qualora venisse creata una coppia di particelle virtuali molto vicino alla singolarita’, e’ possibile che una delle due particelle venga assorbita perche’ troppo vicina all’orizzonte degli eventi. In questo caso, la singola particella rimasta diviene, grazie al principio di indeterminazione di Heisenberg, una particella reale. Cosa succede al buco nero? Nei testi divulgativi spesso leggete che il buco nero assorbe una particella con energia negativa e dunque diminuisce la sua. Cosa significa energia negativa? Dal vuoto vengono create due particelle. Per forza di cose queste avranno sottratto un po’ di energia dal vuoto che dunque rimarra’ in deficit. Se ora una delle due particelle virtuali e’ persa, l’altra non puo’ che rimanere come particella reale. E il deficit chi lo paga? Ovviamente il buco nero, che e’ l’unico soggetto in zona in grado di pagare il debito. In soldoni dunque, e’ come se il buco nero assorbisse una particella di energia negativa e quindi diminuisse la sua. Cosa succede alla particella, ormai reale, rimasta? Questa, trovandosi oltre l’orizzonte degli eventi puo’ sfuggire sotto forma di radiazione. Questo processo e’ quello che si definisce evaporazione del buco nero.

Cosa non torna in questo ragionamento?

Il problema principale e’, come si dice in fisica, che questo processo violerebbe l’unitarieta’. Per le basi della meccanica quantistica, un qualunque sistema in evoluzione conserva sempre l’informazione circa lo stato inziale. Cosa significa? In ogni stato e’ sempre contenuta l’indicazione tramite la quale e’ possibile determinare con certezza lo stato precedente. Nel caso dei buchi neri che evaporano, ci troviamo una radiazione termica povera di informazione, creata dal vuoto, e che quindi non porta informazione.

Proprio da questa assunzione nascono le teorie che potete leggere in giro circa il fatto che l’evaporazione non sarebbe in accordo con la meccanica quantistica. Queste argomentazioni, hanno fatto discutere anche i fisici per lungo tempo, cioe’ da quando Hawking ha proposto la teoria. Sia ben chiaro, la cosa non dovrebbe sorprendere. Parlando di buchi neri, stiamo ragionando su oggetti molto complicati e per i quali potrebbero valere  leggi modificate rispetto a quelle che conosciamo.

Nonostante questo, ad oggi, la soluzione al problema e’ stata almeno “indicata”. Nel campo della fisica, si racconta anche di una famosa scommessa tra Hawking e Preskill, un altro fisico teorico del Caltech. Hawking sosteneva che la sua teoria fosse giusta e che i buchi neri violassero l’unitarieta’, mentre Perskill era un fervido sostenitore della inviolabilita dei principi primi della meccanica quantistica.

La soluzione del rebus e’ stata indicata, anche se ancora non confermata, come vedremo in seguito, chiamando in causa le cosiddette teorie di nuova fisica. Come sapete, la teoria candidata a risolvere il problema della quantizzazione della gravita’ e’ quella delle stringhe, compatibile anche con quella delle brane. Secondo questi assunti, le particelle elementari non sarebbero puntiformi ma oggetti con un’estensione spaziale noti appunto come stringhe. In questo caso, il buco nero non sarebbe piu’ una singolarita’ puntiforme, ma avrebbe un’estensione interna molto piu’ complessa. Questa estensione permette pero’ all’informazione di uscire, facendo conservare l’unitarieta’. Detto in altri termini, togliendo la singolarita’, nel momento in cui il buco nero evapora, questo fornisce ancora un’indicazione sul suo stato precedente.

Lo studio dei buchi neri all’interno della teoria delle stringhe ha portato al cosiddetto principio olografico, secondo il quale la gravita’ sarebbe una manifestazione di una teoria quantistica che vive in un numero minore di dimensioni. Esattamente come avviene in un ologramma. Come sapete, guardando un ologramma, riuscite a percepire un oggetto tridimensionale ma che in realta’ e’ dato da un immagine a 2 sole dimensioni. Bene, la gravita’ funzionerebbe in questo modo: la vera forza e’ una teoria quantistica che vive in un numero ridotto di dimensioni, manifestabili, tra l’altro, all’interno del buco nero. All’esterno, con un numero di dimensioni maggiori, questa teoria ci apparirebbe come quella che chiamiamo gravita’. Il principio non e’ assolutamente campato in aria e permetterebbe anche di unificare agevolmente la gravita’ alle altre forze fondamentali, separate dopo il big bang man mano che l’universo si raffreddava.

Seguendo il ragionamento, capite bene il punto in cui siamo arrivati. Concepire i buchi neri in questo modo non violerebbe assolutamente nessun principio primo della fisica. Con un colpo solo si e’ riusciti a mettere insieme: la meccanica quantistica, la relativita’ generale, il principio di indeterminazione di Heisenberg, le proprieta’ del vuoto e la termodinamica studiando la radiazione termica ed estendendo il secondo principio ai buchi neri.

Attenzione, in tutta questa storia c’e’ un pero’. E’ vero, abbiamo messo insieme tante cose, ma ci stiamo affidando ad una radiazione che non abbiamo mai visto e alla teoria delle stringhe o delle brance che al momento non e’ confermata. Dunque? Quanto sostenuto dai catastrofisti e’ vero? Gli scienziati rischiano di distruggere il mondo basandosi su calcoli su pezzi di carta?

Assolutamente no.

Anche se non direttamente sui buchi neri, la radiazione di Hawking e’ stata osservata in laboratorio. Un gruppo di fisici italiani ha osservato una radiazione paragonabile a quella dell’evaporazione ricreando un orizzonte degli eventi analogo a quello dei buchi neri. Come visto fin qui, l’elemento fondamentale del gioco, non e’ il buco nero, bensi’ la curvatura della singolarita’ offerta dalla gravita’. Bene, per ricreare un orizzonte degli eventi, basta studiare le proprieta’ ottiche di alcuni materiali, in particolare il loro indice di rifrazione, cioe’ il parametro che determina il rallentamento della radiazione elettromagnetica quando questa attraversa un mezzo.

Nell’esperimento, si e’ utilizzato un potente fascio laser infrarosso, in grado di generare impulsi cortissimi, dell’ordine dei miliardesimi di metro, ma con intensita’ miliardi di volte maggiore della radiazione solare. Sparando questo fascio su pezzi di vetro, il punto in cui la radiazione colpisce il mezzo si comporta esattamente come l’orizzonte degli eventi del buco nero, creando una singolarita’ dalla quale la luce presente nell’intorno non riesce ad uscire. In laboratorio si e’ dunque osservata una radiazione con una lunghezza d’onda del tutto paragonabile con quella che ci si aspetterebbe dalla teoria di Hawking, tra 850 e 900 nm.

Dunque? Tutto confermato? Se proprio vogliamo essere pignoli, no. Come visto, nel caso del buco nero gioca un ruolo determinante la gravita’ generata dal corpo. In laboratorio invece, la singolarita’ e’ stata creata otticamente. Ovviamente, mancano ancora degli studi su questi punti, ma l’aver ottenuto una radiazione con la stessa lunghezza d’onda predetta dalla teoria di Hawking e in un punto in cui si genera un orizzonte degli eventi simile a quello del buco nero, non puo’ che farci sperare che la teoria sia giusta.

Concludendo, l’evaporazione dei buchi neri e’ una teoria molto complessa e che richiama concetti molto importanti della fisica. Come visto, le teorie di nuova fisica formulate in questi anni, hanno consentito di indicare la strada probabile per risolvere le iniziali incompatibilita’. Anche se in condizioni diverse, studi di laboratorio hanno dimostrato la probabile esistenza della radiazione di Hawking, risultati che confermerebbero l’esistenza della radiazione e dunque la possibilita’ dell’evaporazione. Ovviamente, siamo di fronte a teorie in parte non ancora dimostrate ma solo ipotizzate. I risultati ottenuti fino a questo punto, ci fanno capire pero’ che la strada indicata potrebbe essere giusta.

Vorrei chiudere con un pensiero. Se, a questo punto, ancora pensate che potrebbero essere tutte fantasie e che un buco nero si potrebbe creare e distruggere la Terra, vi faccio notare che qui parliamo di teorie scientifiche, con basi solide e dimostrate, e che stanno ottenendo le prime conferme da esperimenti diretti. Quando leggete le teorie catastrofiste in rete, su quali basi si fondano? Quali articoli vengono portati a sostegno? Ci sono esperimenti di laboratorio, anche preliminari ed in condizioni diverse, che potrebbero confermare quanto affermato dai catastrofisti?

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Se il vuoto non e’ vuoto

12 Ago

Come nell’articolo precedente, anche in questo caso vorrei parlarvi di un argomento suggerito nella sezione:

Hai domande o dubbi?

Piccola premessa iniziale, il fatto di scrivere articoli “su commissione” e’ qualcosa che mi rende veramente fiero di questo spazio creato sul web. Avere cosi’ tante richieste, significa che le persone sono coinvolte nella discussione, si informano e poi chiedono di poter approfondire gli argomenti insieme sul blog. Questo non puo’ che rendermi felice!

Detto questo, passiamo invece all’argomento della discussione. Come potete leggere, la richiesta e’ apparentemente molto semplice, si chiede di analizzare il discorso circa l’energia di punto zero.

Che significa energia di punto zero?

Ve la metto in modo molto semplice, immaginiamo uno spazio vuoto. Per vuoto non intendo un qualcosa creato con una pompa con la quale portare fuori le particelle del mezzo, ma qualcosa di completamente vuoto. Bene, questo spazio completamente vuoto e senza particelle ha un’energia. Per dirla nella forma “scienza e spettacolo”: il vuoto non e’ vuoto.

Cosa significa?

Mi metto nei panni di un non addetto ai lavori che prova a cercare una spiegazione. Vi faccio questo breve excursus perche’ girando su internet si trovano cose alcquanto curiose. Se andate su wikipedia, ormai punto di riferimento per tante persone curiose che vogliono capire le cose, trovate scritto:

Dal principio di indeterminazione di Heisenberg deriva che il vuoto è permeato da un mare di fluttuazioni quantistiche che creano coppie di particelle e anti-particelle virtuali che si annichiliscono in un tempo inversamente proporzionale alla propria energia. Il contributo complessivo all’energia del vuoto risulta così mediamente diverso da zero e pari a

 \epsilon = \frac{h\nu}{2}

dove h è la costante di Planck e  \nu è la frequenza di un generico modo di vibrazione associabile alla lunghezza d’onda materiale delle particelle virtuali.

Che dire, mi sembra chiarissimo. Ovviamente, la mia e’ un’affermazione sarcastica. Quanto trovate non mi sembra assolutamente in una forma divulgativa comprensibile ai piu’.

Cerchiamo dunque di fare un po’ di chiarezza e di capire cosa significa la frase: il vuoto non e’ vuoto.

Come anticipato, immaginiamo di poter disporre di un vuoto, cioe’ di uno spazio in cui sono state eliminate tutte le particelle. Ovviamente, uno spazio di questo tipo e’ impossibile da creare. Se anche ci mettessimo nello spazio, ci sarebbe comunque una certa densita’ di particelle che “sporcherebbero” il nostro vuoto, non rendendolo piu’ tale.

Rimaniamo pero’ nell’ambito dell’immaginazione e costruiamo il nostro esperimento mentale.

In fisica, per poter trattare il vuoto, e’ necessario tenere conto di alcune leggi molto importanti che ci vengono date dalla quantistica. Tra queste c’e’ ovviamente il principio di indeterminazione di Heisenberg che molti conoscono. Detto in modo molto divulgativo, e’ impossibile conoscere con precisione assoluta la posizione e la velocita’ di una particella. In realta’, questo principio e’ scritto in forma di disuguaglianza, cioe’ all’aumentare della precisione nella determinazione di una grandezza, aumenta l’incertezza sulla misura dell’altra variabile.

Premesso questo, osservando il vuoto ad una scala molto grande, vedremmo qualcosa di stabile e fermo nel tempo. Andando pero’ a scale sempre piu’ piccole,dove se vogliamo la fisica quantistica detta le regole, vedremmo una situazione molto caotica con coppie di particelle e antiparticelle che vengono create e distrutte in continuazione. Piu’ l’energia delle particelle e’ alta, minore e’ il tempo in cui vivono.

Per farvi capire, immaginate di osservare il mare da un aereo a quota molto alta. Da questa posizione, vedreste il mare immobile sotto di voi, come se fosse dipinto su una tela. Se ora vi avvicinate verso il basso, man mano che scendete, comincereste ad osservare le onde, i movimenti dell’acqua, ecc. Arrivati ad una distanza molto piccola, potreste anche accorgervi che quella situazione cosi’ stabile vista dall’alto, nascondeva in realta’ un mare in tempesta.

Tornado al nostro vuoto quantistico, questa continua creazione di particelle impica dunque che il vuoto non e’ assolutamente vuoto. L’energia associata a questo stato, e’ proprio quella dovuta a queste particelle, o meglio alle onde a loro associate.

Possibile che questo continuo creare particelle non provochi effetti?

In realta’, gli effetti li provoca e come, e anche sotto diversi aspetti. Prima di tutto, se non esistesse l’energia di punto zero, il principio di indeterminazione potrebbe essere violato ponendo una singola particella nello spazio.

Per vedere invece un caso comprensibile a tutti, immaginate il nostro universo. Come sapete, il nostro universo e’ oggi in espansione come venne dimostrato per la prima volta da Hubble. Successivamente pero’, ci siamo accorti non solo che il nostro universo e’ in espansione, ma che sta anche accelerando rispetto al passato.

Come possiamo spiegare questo? Se il tutto dipendesse dal Big Bang, cioe’ il motore dell’espansione fosse il botto iniziale, ci si aspetterebbe un universo, forse anche in espansione, ma che pero’ sta diminuendo sempre di piu’ la sua spinta iniziale. In questa formulazione, sarebbe impossibile vedere un unverso che ad un certo punto accelera.

Questa apparente incongruenza viene appunto spiegata chiamando in causa l’energia del vuoto. Le particelle virtuali create nel vuoto, sono in relazione con l’energia oscura che provoca l’accelerazione che abbiamo misurato nell’espansione. Come sapete, dal punto di vista fisico, stiamo entrando in un terreno poco conosciuto. Parlare di energia oscura e’, allo stato attuale, ammettere grosse lacune nella nostra comprensione dei meccanismo dell’universo.

Esistono altre prove dell’esistenza dell’energia del vuoto?

Ovviamente si! La prova piu’ immediata a sostegno dell’esistenza dell’energia del vuoto e’ stata la dimostrazione dell’effetto Casimir.

Cerchiamo di spiegare in modo semplice di cosa si tratta.

Effetto Casimir: a causa delle fluttuazioni del vuoto si crea una forza di attrazione tra le lastre

Effetto Casimir: a causa delle fluttuazioni del vuoto si crea una forza di attrazione tra le lastre

Immaginate di porre due lastre metalliche piane e parallele ad una distanza molto piccola tra loro, dell’ordine dei micron o meno. Questo sistema viene posizionato in una regione di spazio in cui e’ stato creato il vuoto assoluto. Ora, come visto, in questa condizione si creeranno comunque tantissime coppie particella-antiparticella generate nel vuoto. Come anticipato, esiste pero’ il dualismo particella-onda, per cui ad ogni particella possiamo attribuire uno stato ondulatorio. Detto in altri termini, per ciascuna particella, ci sono casi in cui si comportera’ come una particella, altri come un’onda.

Benissimo. Guardate la figura a lato. Le coppie di particelle si produrranno ovunque, nella zona esterna, cosi’ come tra le lastre. Ora pero’, in virtu’ del dualismo particella onda, nello spazio interno avremmo a disposizione solo pochi micron di spazio. Questo significa che tra le lastre potremmo avere solo particelle con lunghezza d’onda molto piccola. Dal momento che l’energia di una particella e’ direttamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda, l’energia generata tra le lastre e’ inferiore a quella sviluppata all’esterno. Effetto netto di questo squilibrio sara’ una forza che tende ad avvicinare tra loro le piastre.

Fantastico. E’ mai stato dimostrato questo effetto? Assolutamente si. La prima prova venne tentata nei laboratori Philips nel 1958 ma i risultati, anche se non escludevano la presenza dell’effetto Casimir, erano inficiati da errori sperimentali troppo grandi. Per una verifica diretta di questo effetto, si dovette aspettare fino al 1997 quando nell’universita’ di Washington venne dimostrato l’effetto Casimir utilizzando superfici sferiche in luogo di quelle piane. Questa soluzione venne adottata per eliminare i problemi di allineamento tra le piastre.

La dimostrazione dell’effetto cosi’ come ipotizzato da Casimir, cioe’ con lastre piane e parallele, arrivo’ solo nel 2001 quando nell’universita’ di Padova si pote’ realizzare un allineamento submicrometrico con risonatori.

Concludendo, se andiamo a scale molto piccole, la meccanica quantistica ci predice uno stato di vuoto densamente popolato da coppie di particelle e antiparticelle che continuamente vengono create e distrutte. Il tempo in cui ciascuna particella vive e’ inversamente proporzionale alla sua energia. In questa condizione, le coppie prodotte contribuiscono ad un livello non nullo di energia del vuoto. Effetti indiretti dell’energia del vuoto arrivano, tra l’altro, dell’espansione accelerata dell’universo, riconducibile all’esistenza di un’energia oscura. Oltre a questo, una dimostrazione pratica dell’esistenza dell’energia del vuoto arriva dall’effetto Casimir. In questo caso, non solo si dimostra l’esistenza di coppie di particelle virtuali, ma si evidenzia anche come queste particelle possano dare effetti tangibili.

 

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Risparmiare con la lavatrice

15 Lug

Diverse volte ci siamo occupati di risparmio energetico domestico, analizzando prima di tutto i consumi dei nostri elettrodomestici quando vengono lasciati in standby:

Il led rosso dello stadby …

ma soprattutto spiegando e valutando il contributo ai consumi dei singoli elettrodomestici che abbiamo in casa:

Elettrodomestici e bolletta

In questo post, su suggerimento di una nostra lettrice, vorrei tornare a parlare della lavatrice. In particolare, mi e’ stato chiesto di spiegare come funzionano i cosiddetti “foglietti acchiappacolore”.

Sapete a cosa mi riferisco?

Chiunque abbia mai fatto una lavatrice sa bene che la prima cosa da fare e’ separare i panni bianchi da quelli colorati che potrebbero potenzialmente stingere. Come sappiamo bene, in caso contrario potremmo tirare fuori dall’oblo’ dei panni che prima erano bianchi ed ora sono di un bel rosato.

Fare questa distinzione, comporta pero’ un maggior tempo per accumulare un carico in grado di riempire la lavatrice. Molto spesso, per esigenze di lavaggio, si tende dunque a far partire la lavatrice non proprio a pieno carico. Torneremo successivamente su questo punto.

Detto questo, avere la possibilita’ di mescolare tutti i panni insieme comporta sicuramente una facilita’ di lavaggio. A tal proposito, sono stati appunto proposti questi foglietti acchiappacolore.

Come funzionano?

Anche se i costituenti fondamentali sono segreti e brevettati da una ditta irlandese, il meccanismo alla base sfrutta la differenza di carica tra colore e foglietto. Mi spiego meglio. I coloranti tessili piu’ utilizzati hanno carica negativa. Inserendo nella lavatrice un foglietto carico positivo, la differenza di carica elettrica fa attaccare il colore solo al foglietto come se fosse una calamita.

A differenza di quanto si legge su alcuni siti, il foglietto e’ del tutto riciclabile e puo’ essere tranquillamente buttato insieme ai rifiuti cartacei nella raccolta differenziata.

Funzionano davvero questo foglietti?

Su questo punto, le opinioni in rete non sono molto concordi. C’e’ chi dichiara l’assoluta inutilita’ del metodo e chi ne elogia le caratteristiche. Quello che purtroppo sfugge a molti e’ che la lavatrice va comunque caricata con un certo criterio. Qualora fossero presenti capi che stingono molto, puo’ essere necessario inserire piu’ di un foglietto.

Sicuramente, il punto a sfavore di questa soluzione e’ la non economicita’ dei foglietti. Qualche tempo fa, avevamo pero’ affrontato il discorso dei detersivi biologici fatti in casa:

Detersivi Ecologici

Bene, esiste gia’ un metodo per preparare ache i foglietti in casa. Per fare questo, basta prendere dei panni di cotone, un barattolo di vetro e della soda per bucato. Mettete nel vasetto un po’ di acqua calda e sciogliete all’interno la soda. A questo punto, immergete il panno di cotone per alcuni minuti fino a quando non sara’ pregno d’acqua. Fate asciugare all’aria il quadrato di stoffa e il vostro foglietto domestico e’ pronto. Essendo basato su prodotti naturali, l’efficacia di questa soluzione a parita’ di superficie e’ leggermente inferiore a quella dei foglietti commerciali. Visto il risparmio pero’, potete anche pensare di mettere piu’ di un foglietto nel bucato.

Ora pero’, onde pensare che questo sia divenuto un blog di soluzioni domestiche, torniamo al discorso sui consumi energetici. Come detto, il problema di dover accumulare la quantita’ corretta di abiti da lavare, spinge in alcuni casi a far partire la lavatrice non a pieno carico.

Nei modelli non troppo vecchi, e’ presente il tasto mezzo carico, che ci consente di far partire la lavatrice in modo ottimale anche con la meta’ del carico massimo. Quello che non tutti sanno, e’ che questa soluzione non consente assolutamente di spendere meta’ dell’energia ne tantomeno dell’acqua.

Mi spiego meglio.

Per capire il discorso, vi riporto il link di una nota casa produttrice, in cui trovate i dati di consumo di un modello specifico:

Dati lavatrice

Notate in particolare queste righe:

Consumo energetico 60° pieno carico (kWh): 0.76
Consumo energetico 60° mezzo carico (kWh): 0.66

Cosa dicono?

Lavando a 60 gradi, il consumo a pieno carico e’ di 0.76 KWh. Lavando alla stessa temperatura, ma con meta’ del carico, il consumo e’ di 0.66 KWh. Mettendo il 50% del carico, risparmiate solo il 13% di energia.

Capite dunque perche’, ogni qual volta si parla di soluzioni per il risparmio energetico, si dice di far andare la lavatrice a pieno carico.

Valori un po’ piu’ convenienti si hanno, ad esempio, per l’asciugatrice. Se guardiamo ai dati di un modello specifico:

Dati Asciugatrice

Vediamo che:

Consumo di energia del programma cotone standard a pieno carico: 2.03 kWh

Consumo di energia del programma cotone standard a mezzo carico: 1.24 kWh

In questo caso si ha un risparmio maggiore, ma comunuqe sempre lontano dal 50% di energia che si potrebbe erroneamente pensare.

I nuovi modelli di lavatrice hanno invece dei sensori nel cestello in grado di pesare il carico e ottimizzare il consumo di acqua e elettricita’. In questo caso, il risparmio e’ sicuramente migliore, anche se il riscalo in base al carico non e’ assolutamente proporzionale. Con cio’ si intende che il consumo non sara’ mai proporzionale al peso in Kg di bucato, anche se migliore dei vecchi modelli.

Concludendo, la lavatrice e’ sicuramente uno degli elettrodomestici piu’ utilizzati e che maggiormente contribuisce ai nostri consumi domestici. I foglietti acchiappacolore consentono, almeno in linea di principio, e se usati correttamente, di ottimizzare il carico mescolando abiti diversi. Far funzionare una lavatrice non a pieno carico, o al limite nella funzione mezzo carico, consente un risparmio irrisorio rispetto al pieno carico. Condizione migliore si ha con i nuovi elettrodomestici sensibili al reale peso del bucato. Nonostante questo, la cosa migliore per risparmiare energia e’ sicuramente quella di far girare la lavatrice a pieno carico sempre.

 

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Il Muos di Niscemi

2 Apr

Diversi lettori del blog mi hanno scritto per chiedere il mio punto di vista sul sistema MUOS la cui costruzione era prevista a Niscemi in Sicilia.

Per chi fosse completamente a digiuno, il MUOS e’ un sistema di comunicazione satellitare che prevede 4 satelliti in orbita e 4 stazioni di terra. Questo sistema e’ direttamente gestito e voluto dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e servira’ per gestire, comandare e controllare in ogni parte del globo, le unita’ marine, aeree e di terra. Il sistema prevede diversi servizi tra cui la comunicazione vocale, lo scambio dati e la connessione di rete, tutto ad accesso riservato per scopi militari e di coordinamento. Le stazioni di terra verranno utilizzate per comunicare direttamente con i satelliti in orbita e la costruzione era prevista nelle Hawaii, in Australia, in Virginia e, come anticipato, a Niscemi a circa 60 Km dalla base militare di Sigonella.

Le stazioni di terra prevedono la costruzione di antenne operanti ad altissima frequenza e a banda stretta. Ecco una foto dell’installazione nelle isole Hawaii:

MUOS: stazione di terra nelle Hawaii

MUOS: stazione di terra nelle Hawaii

Perche’ stiamo parlando di questo sistema? Per quanto riguarda la costruzione della stazione di Niscemi, per diverso tempo ci sono stati dibattiti e scontri circa l’eventuale pericolo che queste antenne avrebbero costituito per la popolazione del posto. Nel corso degli anni, si sono formati comitati cittadini creati per impedire la costruzione di questa stazione e il dibattito ha riempito le pagine di molti quotidiani anche a livello nazionale. Ovviamente non e’ mancata la discussione politica. Diverse volte l’aministrazione regionale ha tentato di bloccare i lavori causando una discussione tra Parlamento Italiano, regione Sicilia e governo degli Stati Uniti. Come forse avrete letto, solo pochi giorni fa, l’amministrazione Crocetta ha bloccato definitivamente la costruzione della stazione ma, almeno a mio avviso, la discussione durera’ ancora per molto tempo.

Detto questo, non voglio assolutamente entrare in discussioni politiche sul MUOS e sulla regione Sicilia. Quello che molti utenti mi hanno richiesto e’ solo un parere scientifico sull’inquinamento elettromagnetico della stazione MUOS. Ovviamente, non entrero’ nel merito della discussione politica, degli accordi bilaterali tra Italia e USA ne tantomeno sull’eventuale valutazione di impatto ambientale che una stazione del genere sicuramente comporta sul panorama della zona.

A questo punto, la domanda su cui vorrei aprire una discussione e’: il MUOS e’ dannoso per la salute della popolazione?

A livello scientifico, ci sono due voci principali che si sono mosse parlando del MUOS. Da un lato Antonino Zichichi sostiene che l’installazione non e’ assolutamente dannosa per la popolazione vista la bassa potenza in gioco, dall’altro il Prof. Massimo Zucchetti del politecnico di Torino afferma che questa installazione potrebbe comportare seri rischi per la salute dei cittadini.

Come vedete, l’inizio non e’ dei migliori. Siamo di fronte a due punti di vista completamente opposti.

Ora, mentre Zichichi si e’ limitato a rilasciare interviste a diversi quotidiani, Zucchetti ha preparato una relazione tecnica sull’installazione che potete leggere a questo indirizzo:

Zucchetti, relazione MUOS

Come vedete anche dalla pagina, la relazione di Zucchetti viene pubblicizzata proprio da uno dei comitati cittadini nati per impedire l’installazione del MUOS a Niscemi, il comitato NoMuos.

Detto questo, proviamo a commentare la relazione di Zucchetti per cercare di capire se e come il MUOS potrebbe rappresentare un pericolo per la popolazione.

Prima di tutto, ci tengo a sottolineare che Zucchetti e’ esperto di radioprotezione ma e’ importante ragionare su quanto scritto per capire le motivazioni che spingono questa relazione nella direzione di considerare il MUOS come pericoloso.

Per prima cosa, dove doveva sorgere il nuovo impianto e’ gia’ presente un sistema radar detto NRTF le cui antenne sono in funzione dal 1991. Le analisi quantitative presentate nella relazione di Zucchetti riguardano proprio questo esistente impianto e vengono fatte considerazioni circa l’eventuale aggiunta del MUOS alle emissioni del NRTF.

Nella relazione vengono mostrate misure di campo elettrico fatte in diverse zone dell’impianto e che possiamo riassumere in questa tabella:

5,9 ± 0,6 V/m in località Ulmo (centralina 3)
4,0 ± 0,4 V/m in località Ulmo (centralina 8)
2 ± 0,2 V/m in località Martelluzzo (centralina 1)
1 ± 0,1 V/m in località del fico (centralina 7)

Come potete leggere nella relazione, queste misure, fatte dall’ARPA della Sicilia, potrebbero essere affette da un’incertezza al livello del 10%. Ora, per chi non lo sapesse, i limiti per la legislazione italiana impongono un campo inferiore a 6 V/m. Come potete vedere, anche considerando un’incertezza del 10%, solo il primo valore, se l’incertezza tendesse ad amentare la misura, sarebbe leggermente superiore al limite.

Cosa comporterebbe superare i 6 V/m? In realta’ assolutamente nulla. Cerchiamo di capire bene questo punto. Ad oggi, vi sono molte voci anche molto discordi sui reali effetti dell’inquinamento elettromagnetico. Mentre ci sono particolari frequenze ed esposizioni per cui e’ stato accertato un reale rischio per la salute, in moltissimi altri casi il discorso e’ ancora aperto e non si e’ giunti ad una conclusione. Pensate solo un attimo al discorso cellulari: fanno male? Non fanno male? Causano problemi al cervello? Tutte domande su cui spesso viene posta l’attenzione e su cui non esistono ancora dati certi. Con questo non voglio assolutamente tranquillizzare nessuno, ma solo far capire l’enorme confusione ancora presente su queste tematiche.

Tornando al discorso limiti di legge, superare di poco i 6 V/m non comporta assolutamente nulla. Perche’? Come detto siamo di fronte a fenomeni non ancora capiti dal punto di vista medico. Proprio per questo motivo esiste il “principio di precauzione”, cioe’ in caso di fenomeni scientificamente controversi si deve puntare ad una precauzione maggiore. Detto in altri termini, se non sappiamo se una determinata cosa fa male o meno, meglio mettere limiti molto stringenti.

Nel caso dei campi elettrici, il limite dei 6 V/m e’ nettamente inferiore a quello di altre nazioni europee, anche se, ad esempio, nel Canton Ticino il limite e’ di 3 V/m, e circa 500 volte inferiore al valore in cui ci si dovrebbero aspettare effetti diretti. Detto questo, se invece di 6 V/m, ne abbiamo 6,5 V/m, non succede assolutamente nulla. Non siamo ovviamente in presenza di un effetto a soglia, sotto il limite non succede nulla, appena sopra ci sono effetti disastrosi. Fermo restando che stiamo pensando l’incertezza del 10% sulla misura tutta nel verso di aumentarne il valore.

Detto questo, nella relazione da cui siamo partiti, si afferma pero’ che queste misure potrebbero essere sottistimate perche’ la strumentazione utilizzata non era sensibile alle emissioni a bassa frequenza intorno ai 45 KHz. In realta’, su questo punto non possono essere assolutamente d’accordo. La legge italiana stabilisce i limiti di cui abbiamo parlato per frequenze sopra i 100 KHz. Sotto questo valore, le onde elettromagnetiche sono assorbite pochissimo dal corpo umano per cui la loro emissione non viene neanche regolamentata. Questo solo per dire come le misure riportate nella relazione e fatte dall’ARPA della Sicilia sono del tutto attendibili e assolutamente non sottostimate.

Fin qui dunque, i valori misurati per l’installazione gia’ in funzione non mostrano nessun superamento dei limiti di legge italiani e potrebbero dunque essere considerati sicuri.

Andiamo ora invece, sempre seguendo la relazione da cui siamo partiti, al MUOS vero e proprio.

Per come dovrebbero essere fatte le antenne, e se la fisica non e’ un’opinione, il campo prodotto da un’antenna parabolica ha una forma cilindrica con una divergenza molto bassa. Detto in altri termini, il campo e’ all’interno dell’area della parabola e tende molto poco ad allargarsi appunto per non disperdere potenza. Detto questo, al di fuori del cilindro prodotto delle antenne, il campo e’ praticamente nullo e non comporta nessun problema nelle vicinanze.

Proviamo a fare due calcoli. Alla potenza di 1600 W, cioe’ la massima prevista per le antenne, il campo all’interno del cilindro sarebbe di circa 50 W/m^2. Questo valore e’ abbondantemente al di sopra dei limiti di legge di 1 W/m^2, ma per l’esposizione delle persone. Come potete facilmente immaginare, le antenne devono essere puntate verso il cielo per poter funzionare e per comunicare con i satelliti. Da quanto detto per la dispersione angolare fuori-cilindro, lontano dalle antenne il campo e’ praticamente nullo, diminuendo molto rapidamente.

Da questi numeri, e’ ovvio che se le antenne venissero puntate verso l’abitato, l’inquinamento elettromagnetico sarebbe elevatissimo, ma antenne di questo tipo hanno dei ferma-corsa meccanici che impediscono l’avvicinarsi dell’antenna troppo vicino all’orizzonte, oltre ovviamente a limitazioni software pensate appositamente per impedire queste esposizioni.

Detto in questo senso, le antenne del MUOS non dovrebbero essere un pericolo per la popolazione.

Sempre secondo la relazione e secondo le voci del web, le antenne del MUOS entrerebbero in funzione insieme a quelle gia’ discusse del NRTF. Cosa comporta questo? Ovviamente i due contributi si sommano, ma non linearmente come qualcuno potrebbe erroneamente pensare. Premesso che il MUOS sarebbe in funzione simultaneamente al NRTF solo inizialmente per poi sostituirlo del tutto, i due sistemi, alla luce dei calcoli fatti, non dovrebbero superare il limite di legge neanche quando sono simultaneamente accesi.

Se proprio vogliamo essere pignoli, resta quella misura dell’ARPA quasi al limite di legge. Sicuramente quella zona dovrebbe essere monitorata per capire meglio se il limite viene sistematicamente superato oppure no, ma solo a scopo di precauzione. Inoltre, bisognerebbe valutare la presenza di altre installazioni minori e il loro contributo totale, anche se non possono che rappresentare una piccola aggiunta al totale, oltre ovviamente ad eventuali fluttuazioni fuori asse delle emissioni. Questo genere di problematiche necessiterebbero di un monitoraggio continuo e completo dell’intera zona al fine di costruire una mappa del campo e valutare eventuali zone di picchi anomali.

Detto questo, se ci limitiamo al puro aspetto scientifico, il MUOS non dovrebbe rappresentare un pericolo per la popolazione della zona. Ovviamente, siamo in un campo molto difficile e ancora poco noto sia della scienza ma soprattutto della medicina. Non voglio assolutamente schierarmi a favore o contro il MUOS anche perche’ restano da valutare, indipendentemente da questa installazione, eventuali danni alla salute derivanti da un’esposizione prolungata nel tempo anche a limiti inferiori a quelli di legge. Come anticipato, questa tematica e’ ancora molto discussa e non si e’ ancora giunti ad un quadro completo.

Nella discussione, ho appositamente non valutato problematiche di natura diversa da quella dei campi elettromagnetici. Perche’ dobbiamo costruire una stazione radar degli USA in Italia? E’ giusto? Non e’ giusto? Questa installazione rovina il paesaggio della zona? I valori dichiarati per il progetto saranno quelli veri di esercizio?

Concludendo, alla luce dei dati analizzati, per l’installazione MUOS i limiti di legge sarebbero ampiamente soddisfatti. L’unico problema potrebbe derivare, anche se impossibile tenendo conto dei limiti meccanici imposti, da un puntamento diretto verso le abitazioni. L’ingresso del MUOS sostituirebbe il pre-esistente NTRF sicuramente piu’ vecchio ed operante a potenze e frequenze diverse. Purtroppo, il discorso non puo’ limitarsi a queste considerazioni, ma deve necessariamente racchiudere tematiche ambientali, politiche e mediche a cui non e’ possibile dare una risposta univoca in questo momento.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Pannelli, pannelli e pannelli

12 Mar

Qualche post fa, parlando del futuro delle energie rinnovabili, abbiamo visto alcuni dei grandi progetti pensati da qui a qualche anno. In particolare, il progetto DESERTEC, che pero’ sta avendo qualche problema gestionale iniziale, e soprattutto i grandi impianti dei paesi arabi che molto stanno investendo in questi settori:

Energia solare nel deserto

Ora, come sottolineato in questo articolo, molto spesso i non addetti ai lavori tendono a mescolare le diverse tecnologie solari, parlando semplicemente di “pannelli”. In realta’, e’ necessario fare delle distinzioni ben precise, distinguendo le diverse soluzioni in base al principio fisico che ne e’ alla base. Proprio per questo motivo, ho deciso di scrivere questo post, appunto per illustrare le diverse tecnologie per lo sfruttamento dell’energia solare, sempre mantenendo un profilo divulgativo e senza entrare troppo in dettagli che potrebbero risultare noiosi. Ovviamente, chi poi vorra’ avere informazioni aggiuntive, potra’ contattarmi oppure cercare in rete la vastissima bibliografia che molto facilmente potete reperire su questi argomenti.

A questo punto, prima di tutto, vogliamo distinguere tre grandi categorie di pannelli, parlando di fotovoltaico, solare termico e solare termodinamico. Come vedremo, anche se possono sembrare simili, le tre soluzioni sono radicalmente differenti dal punto di vista tecnico-scientifico. Anche l’utilizzo e la diffusione di queste soluzioni risulta molto diversificata ed, in particolare, come vedremo, ad esempio il solare termodinamico e di piu’ recente introduzione e ancora in fase di importante sviluppo.

Pannello fotovoltaico

Elemento base di questo pannello e’ la cella fotovoltaica. La cella si presenta come una superficie nera o bluastra, ricoperta da un materiale semiconduttore, tra i quali il piu’ diffuso e’ certamente il silicio. Le celle standard prodotte a livello industriale hanno forme quadrate con lati da 4 o 6 pollici, anche se esitono esemplari piu’ piccoli utilizzati per alimentare calcolatrici e orologi.

Pannelli fotovoltaici in cui si vedono chiaramente le singole celle

Pannelli fotovoltaici in cui si vedono chiaramente le singole celle

Il principio di funzionamento della celle e’ appunto noto come “Effetto fotovoltaico”. Quando la luce incide sulla superficie della cella, questa si comporta come un generatore di corrente continua, sfruttando proprio le proprieta’ intrinseche del semiconduttore. Per ottenere una tensione maggiore, un certo numero di celle vengono connesse in serie per formare poi il pannello solare che tutti conosciamo.

Nel pannello fotovoltaico dunque, la radiazione solare viene convertita, attraverso il semiconduttore, direttamente in una corrente elettrica.

Purtroppo la connessione in serie implica una serie di problemi, come ad esempio la diminuzione di potenza del modulo se una o piu’ celle si trovano in ombra rispetto alle altre. In questo caso, e’ necessario assicurare una illuminazione uniforme di tutte le celle o in alternativa utilizzare moduli per l’inseguimento solare. Quest’ultima soluzione e’ utilizzata anche per migliorare l’esposizione in generale del pannello, consentendo a questo di ruotare offrendo sempre la propria area attiva in direzione del Sole. Come potete capire bene, l’utilizzo di motori per la rotazione implica ovviamente anche un consumo di energia, per cui e’ sempre necessario trovare un buon compromesso in queste soluzioni.

Poiche’, come detto, le celle si comportano come generatori di corrente, i pannelli devono poi essere collegati ad un inverter il cui compito e’ appunto quello di trasformare la tensione in alternata e quindi, poter immetere la produzione nella rete elettrica o anche per l’utilizzo nelle nostre abitazioni.

Ovviamente, come tutti sapete, il pannello fotovoltaico e’ quello maggiormente utilizzato ed e’ quello che viene utilizzato anche per la costruzione dei campi fotovoltaici, visibili in diverse zone, e che vengono costruiti appunto per la produzione e vendita dell’energia elettrica.

Solare Termico

Questo tipo di impianti viene utilizzato per catturare l’energia solare, immagazzinarla ed utilizzarla per scopi diversi. Tra questi, quelli maggiormente diffusi sono quelli per la produzione di acqua calda sanitaria, cioe’ per la produzione di acqua calda da utilizzare in casa. Come potete facimemte capire, in questo caso, questi impianti lavorano in sostituzione o di concerto con la caldaia che invece utilizza gas naturale.

Impianto solare termico domestico per acqua calda sanitaria

Impianto solare termico domestico per acqua calda sanitaria

I pannelli termici possono essere di vari tipi, anche se i piu’ diffusi sono costituiti da una lastra di rame, percorsa da una serpentina, e verniciata di nero. L’intero pannello e’ poi coperto da una lastra di vetro.

In questo caso, molto spesso si possono vedere sui tetti delle abitazioni dei pannelli in cui nella parte alta sono facilmente distinguibili serbatoi d’acqua. In questa soluzione, l’energia solare catturata viene utilizzata immediatamente per riscaldare appunto il fluido ed utilizzarlo nell’abitazione. Solo per completezza, ci sono diverse tipologie di impianti che vengono distinte in base alle temperature di esercizio e che possono variare tra 120 gradi (bassa temperatura) fino anche a 1000 gradi (alta temperatura) quando utilizzati in impianti industriali.

Solare Termodinamico

In questo caso, il principio di funzionamento e’ del tutto simile a quello termico, ma con l’aggiunta di un ciclo termodinamico detto ciclo Rankine. I pannelli solari termodinamici hanno forme paraboliche per poter concentrare la radiazione solare e proprio per questo sono anche detti impianti a concentrazione.

A differenza degli impianti termici domestici, nel solare termodinamico l’energia termica accumulata viene utilizzata attraverso una turbina a vapore o anche un alternatore per produrre energia elettrica. Inoltre, l’energia termica puo’ essere accumulata in modo da essere sfruttata anche durante la notte o in condizioni di cielo nuvoloso garantendo in questo modo una produzione costante e non intermittente come avviene nelle soluzioni precedentemente viste.

Impianto solare termodinamico con pannelli a concentrazione

Impianto solare termodinamico con pannelli a concentrazione

L’immagazzinamento dell’energia termica avviene mediante un fluido termovettore adatto appunto ad immagazzinare e trasportare il calore nel punto di conversione in energia elettrica. Nella prima generazione di impianti termodinamici, veniva utilizzato come fluido un olio diatermico, questo e’ stato poi sostituito con una miscela di sali fusi, molto piu’ efficienti ed in gradi di trattenere per tempi piu’ lunghi il calore. Proprio il fluido termovettore e’ quello che garantisce la produzione di energia durante la notte. Il calore accumulato dal fluido durante l’esposizione al sole, rimane immagazzinato per diverse ore, in alcuni casi anche giorni, garantendo in questo modo una produzione costante.

Come visto nell’articolo precedente, proprio questo genere di pannelli, grazie al principio fisico che sfruttano, possono anche essere utilizzati in condizioni estreme, come ad esempio il deserto del Sahara. Ad oggi pero’, il costo dell’energia prodotta con questi sistemi e’ ancora 5-6 volte maggiore rispetto a quello di altre soluzioni percorribili. Il motivo di questo e’ da ricercarsi nella relativa giovane eta’ di questa tecnologia e soprattutto nella mancanza ancora di una produzione industriale massiccia di questi pannelli. In questo senso, la ricerca, soprattutto nella migliore concentrazione solare e nel piu’ vantaggioso fluido da utilizzare, sta andando avanti molto velocemente. Questo ci spinge a pensare che nel giro di pochi anni questa diverra’ una tecnologia sfruttabile a pieno e da cui si potranno avere buone produzioni energetiche anche in diverse parti del mondo.

Concludendo, come abbiamo visto, non possiamo parlare semplicemente di pannelli confondendo soluzioni radicalmente diverse tra loro. I principi tecnico-scientifici alla base di ciascuna soluzione sono radicalmente diversi, anche dal punto di vista dell’utilizzo. A livello di ricerca, il solare termodinamico sta portando importanti risultati e molto probabilmente, nel giro di pochi anni, questa soluzione potra’ avere costi piu’ contenuti e dunque una maggiore diffusione su scala mondiale.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

La fisica del caffe’

4 Mar

Forse leggendo il titolo di questo post avete pensato di aver sbagliato indirizzo internet oppure che io mi sia impazzito. In realta’ niente di tutto questo. In questo post vorrei aprire una piccola parentesi prettamente scientifica e parlare appunto della “fisica del caffe'” o meglio di come funziona una moka.

Ribadisco non sono impazzito, semplicemente oggi ho realizzato che tutti conoscono la moka, ma in realta’ pochi sanno veramente come funziona. Credo che in realta’, anche molti appassionati di scienza ignorino il vero funzionamento di questo oggetto presente in tutte le case di noi italiani. Per questo motivo ho deciso di scrivere questo semplice post per spiegare come funziona la “macchinetta del caffe'”. In fondo, siamo sempre su un blog di scienza, e proprio di questo vogliamo parlare.

Schema di una moka

Schema di una moka

Partiamo dalle cose ovvie, la moka e’ composta di 3 parti principali in alluminio: il bollitore, un filtro metallico a forma di imbuto e dal raccoglitore. Come sapete tutti, si mette l’acqua nel bollitore, il caffe’ macinato nel filtro,si mette la moka sul fuoco e nel raccoglitore esce il caffe’.

Bene, se pensate che mettendo la moka sul fuoco portate l’acqua in ebollizione, il vapore passa nel filtro e condensa mentre risale verso l’alto, allora e’ il caso che continuiate a leggere il post. Questa risposta, comune alla maggior parte delle persone, e’ in realta’ sbagliata.

Dalla termodinamica, per una normale moka da tre tazzine, la pressione alla completa ebollizione dell’acqua nel bollitore  sarebbe circa di 1600-1700 atmosfere. In questo caso la moka sarebbe equivalente ad una bomba messa sul fornello.

Come funziona in realta’ la moka?

Quando riempiamo il bollitore, il livello dell’acqua arriva piu’ o meno a quello della valvola di sicurezza. Questo significa che quando chiudiamo, sopra all’acqua, e’ presente un certo volume di aria. Mettendo la macchinetta sul fuoco, solo una minima parte dell’acqua raggiunge l’evaporazione mentre l’aria, appunto riscaldandosi, aumenta la propria pressione cercando di espandersi in un volume ben delimitato.

L’espansione dell’aria, spinge verso il basso l’acqua che trova l’unica via di fuga nel beccuccio del filtro ed in questo modo risale verso la polvere di caffe’. L’alta pressione trasforma dunque l’acqua, nel suo passaggio attraverso l’imbuto, nella bevanda che tutti conosciamo. La continua spinta dal basso verso l’alto dell’ulteriore acqua, spinge il caffe’ verso il raccoglitore dove viene raccolto.

In questo caso quindi la pressione all’interno del bollitore e’ solo di poco superiore a quella atmosferica e, come detto, solo una minima parte dell’acqua arriva all’ebollizione.

Come verificare questo? Se ci fate caso, alla fine della preparazione si ha sempre uno sbuffo di vapore che fuoriesce dal raccoglitore. Questo indica semplicemente che il livello dell’acqua nel bollitore e’ arrivato sotto l’imbuto del filtro e quindi, sempre a cusa della spinta dovuta all’espansione, l’aria passa attraverso il condotto producendo la fuoriuscita di vapore.

A proposito, vi mostro un video molto interessante realizzato utilizzando imaging a neutroni su una moka in funzione. Come potete vedere, la spinta dell’aria spinge l’acqua calda attraverso il filtro fino al raccoglitore:

Questo e’ dunque il funzionamento della moka.

Notiamo prima di tutto una cosa. La lunghezza dell’imbuto del filtro non e’ casuale. Un imbuto troppo lungo farebbe uscire il caffe’ prima ma ad una pressione e ad una temperatura piu’ basse. In questo caso il sapore sarebbe meno forte a causa della ridotta pressione con cui l’acqua passa attraverso la polvere e mal miscelato a causa della bassa temperatura. In caso contrario, cioe’ un imbuto troppo corto, la quantita’ di caffe’ raccolto sarebbe troppo piccola e le pressioni richieste molto piu’ alte.

Anche la miscela di caffe’ utilizzata e’ molto importante. Come visto nel funzionamento, l’acqua passa attraverso la polvere una sola volta. Per questo motivo si cerca di macinare in modo molto sottile il caffe’ in modo da aumentare la superficie di contatto con l’acqua. Questo e’ importante per migliorare l’estrazione delle sostanze solubili presenti nel caffe’.

Per chi non lo sapesse, quello della moka e’ un brevetto completamente italiano. Questo strumento di piacere e’ infatti stato inventato da Alfonso Bialetti nel 1933.

La vera moka e’ infatti solo quella Bialetti. Non che io voglia fare pubblicita’, ma questa ditta e’ l’unica che puo’ sfruttare il brevetto originale. Questo infatti prevede una moka di forma ottagonale per aumentare la presa in caso di superficie bagnata. Marche diverse di moka prevedono forme diverse, rotonde o sempre poligonali, ma che non rispettano il brevetto originale.

Ultimissima curiosita’. Il nome moka deriva dalla citta’ Mokha in Yemen, una delle prime e piu’ famose zone di coltivazione del caffe’. Il nome espresso invece, che alcuni vorrebbero indicare la velocita’ di preparazione con questa tecnica, deriva in realta’ dalla crasi di due parole “extra” e “pressione” appunto per indicare la sovrapressione con cui l’aria spinge l’acqua attraverso il filtro ad imbuto.

Con questo chiudiamo questa breve parentesi. A questo punto fate un esperimento, provate a chiedere ad amici e conoscenti come funziona una moka. Vedrete quanti sono convinti di avere una bomba in casa.

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Il 2012 e la profezia Hopi

16 Dic

Prima di discutere l’argomento di questo post, vorrei fare una riflessione sul 2012 insieme a voi.

Di date previste per la fine del mondo, tutti noi ne abbiamo sentite tantissime. Anche i piu’ giovani, ricorderanno ad esempio quella del 1 gennaio 2000 e del “Millenium Bug”. Di esempi di questo tipo, ce ne sono quanti vogliamo. Wikipedia riporta un riassunto delle principali in questa pagina:

Wikipedia, date fine del mondo

Ora, in tutte queste occasioni, un singolo evento o un singolo profeta, parlava di fine del mondo per un qualche motivo.

Cosa cambia rispetto al 2012? Perche’ la data del 21/12 riscuote tanto successo?

Come detto tante volte anche in queste pagine, il 2012 appare diverso perche’ rappresenta la prima data per la fine del mondo nell’era del web 2.0. Rispetto al 2000, la rete internet e’ cresciuta esponenzialmente. Ormai, quasi chiunque dispone di una connessione veloce e utilizza internet come principale mezzo di informazione.

Cosa comporta questo? Semplicemente che le informazioni, vere o false che siano, viaggiano ad una velocita’ elevatissima rimbalzando da una parte all’altra del globo.

Quando scriviamo qualcosa in rete, dobbiamo essere consapevoli del fatto che da ogni parte del mondo quanto scritto puo’ essere letto. Su questo punto in particolare dovrebbero riflettere i tanti siti catastrofisti di cui parliamo tutti i giorni.

Tornando sul 2012, molti siti e forum fanno valere il principio della “confusione”.

Perche’ dunque il 2012 e’ diverso dalle altre date?

Semplicemente perche’ non c’e’ una singola profezia o un singolo evento atteso per il 21/12. Come abbiamo visto, ci sono decine di eventi attesi sugli argomenti piu’ disparati. La profezia principale e’ ovviamente quella della fine del lungo computo Maya, come visto in questi post:

2012? No, volevamo dire 2116 …

Scoperto in Guatemala il piu’ antico calendario Maya

Nuova conferma Maya al 2012

Nuovo ritrovamento conferma il 21 Dicembre

Perche’ il mondo dovrebbe finire?

ma, come si legge in rete, l’antico popolo sud Americano non sarebbe il solo ad aver parlato di 21 Dicembre 2012.

Di fronte a tutte queste profezie e a tutti questi eventi attesi, anche i piu’ scettici fanno una considerazione: “possibile che tutte le profezie siano false? Possibile che nessuno degli eventi profetizzati possa accadere?”

hopi_mother

Come abbiamo visto negli articoli pubblicati, nessuno di questi eventi accadra’ il 21 Dicembre. O meglio, nessun evento accadra’ perche’ e’ il 21 Dicembre. Come sappiamo bene, la scienza non e’ in grado di prevedere terremoti. Se il 21 Dicembre, speriamo di no, ma ci dovesse essere un terremoto in una qualche parte del mondo, non ci sara’ assolutamente perche’ e’ il 21 Dicembre 2012.

Fatta questa doverosa premessa, vorrei parlarvi ora di un’altra profezia sul 2012. Oltre ai Maya, come potete leggere in rete, sembra che anche gli indiani Hopi abbiamo previsto la fine del mondo per il 21 Dicembre. In particolare, quest’altra conferma alla famosa data, viene molto pubblicizzata in rete in questi ultimi giorni.

Gli Hopi sono una tribu’ di nativi americani dell’Arizona, antichi abitanti delle grandi pianure della costa orientale degli Stati Uniti. Stando a quanto riportato in rete, anche i documenti di questo popolo confermerebbero la data del 21 Dicembre, non come fine del mondo, bensi’ come momento di transizione al V mondo. Questo passaggio sarebbe caratterizzato da grandi sconvolgimenti a livello mondiale, che sarebbero pero’ la premessa per un lungo periodo di pace e di armonia con la nostra Terra.

Gli Hopi parlano di una serie di eventi che anticiperebbero il passaggio al V mondo. In particolare, si parla di una speciale canzone che verrebbe ascoltata durante la cerimonia del Wuwuchim, cioe’ durante le celebrazioni fatte per l’inizio del nuovo anno Hopi. Stando a quanto riportato dai racconti indiani, questa canzone sarebbe stata ascoltata prima dell’inizio sia della prima che della seconda guerra mondiale. Dal momento che siamo qui a scrivere, non credo sia necessario dimostrare che la fine del mondo non e’ arrivata.

Oltre a questo, gli Hopi parlano di altri eventi importanti che anticiperebbero l’ingresso al V mondo. La fine arrivera’ “quando la gente volera’ nei cieli cercando di raggiungere le stelle, quando il Sole verra’ oscurato e gli Hopi entreranno nella casa di Mica”. Cosa significa questo? Sempre secondo gli indiani, questi tre eventi si sarebbero gia’ manifestati. La gente che vola verso le stelle e’ vista come la conquista dello spazio, mentre l’oscuramento del Sole e l’ingresso nella casa di Mica sarebbero accaduti quando negli anni ’70 una delegazione di Hopi ha parlato al palazzo di vetro della Nazioni Unite riguardo all’avvelenamento del cielo per opera degli scarichi industriali.

Raffigurazione Hopi di Kachina Massau

Raffigurazione Hopi di Kachina Massau

Dunque, tutti questi eventi sarebbero accaduti, ma ne mancherebbe un altro ben piu’ importante: l’apparizione in cielo della stella “Blu Kachina”.

Secondo la legenda, quando in cielo apparira’ la stella blu, rappresentante Kachina Massau uno dei grandi maestri secondo gli Hopi, allora iniziera’ la transizione verso il quinto mondo.

Questa e’ la vera profezia degli Hopi. Vi dico questo perche’ in rete circolano diverse versioni che parlando di comparsa di animali deformi, bufali bianchi, ecc. Si tratta di interpretazioni distorte non facenti parte della cultura Hopi.

Ora, cosa possiamo dire su questa Blu Kachina?

Anche su questa apparizione ci sono diverse versioni. Per creare la connessione con il 2012, in rete si parla di questo corpo nuovamente come Nibiru. Secondo altri, la Blu Kachina sarebbe invece un asteroide di grandi dimensioni in rotta di collisione con la Terra. Di questi argomenti, abbiamo parlato diverse volte su questo blog, mostrando la totale infondatezza di ipotesi di questo tipo, soprattutto per il 2012.

Gia’ questo dovrebbe far capire che in realta’, la connessione tra la profezia Hopi e quella Maya e’ stata costruita mediaticamente e nulla ha a che fare con la storiografia di questi popoli.

Inoltre, gia’ in passato si sono proposte teorie sulla fine del mondo, parlando di Blu Kachina e della profezia Hopi.

Secondo alcuni, l’apparizione di questo corpo era rappresentato dal passaggio della cometa di Halley nel 1986 o di Hale-Bopp nel 1997. In particolare, su questo ultimo punto, vi riporto un articolo del tempo con la connessione alla profezia Hopi:

1997, Hale-Bopp e Blu Kachina

Come vedete, si tratta di teorie vecchie, gia’ piu’ volte annunciate e poi smentite. La cosa piu’ importante da capire e’ la totale estraneita’ tra la profezia Maya e quella Hopi.

Ora, dal momento che di Nibiru non si hanno tracce e che nessuna fine del mondo e’ arrivata dopo il passaggio di Halley e Hale-Bopp, pensate sia finita cosi’?

Assolutamente no. C’e’ gia’ chi parla di future evidenze per la Blu Kachina, ipotizzando nuove date per la fine del mondo. Secondo alcuni, la profezia Hopi verra’ realizzata nel Dicembre 2013 al passaggio della cometa Ison. Di questo corpo abbiamo parlato in questo post:

E se ci salvassimo?

Secondo altri invece Kachina sarebbe invece rappresentato dalla cometa Elenin, di cui abbiamo parlato qui:

Nibiru e’ monitorato dall’osservatorio di Arecibo?

In particolare, sulla Elenin, suggerirei ai tanti siti che ne parlano, di informarsi un po’ meglio. La Elenin e’ gia’ passata nel Settembre 2011 e si e’ schiantata sul Sole. Va bene essere catastrofisti, ma almeno informatevi!

Riassumendo, non c’e’ nessuna connessione tra la profezia Hopi e quella Maya. Come abbiamo visto, anche per quanto riguarda Blu Kachina, piu’ volte se ne e’ parlato in passato e gia’ se ne parla per il futuro. Preparatevi dunque per il 2013 al passaggio della Ison. Purtroppo ci sara’ sempre una profezia o una fine del mondo attesa per una qualsiasi data.

Per un’analisi scientifica delle profezie sul 2012, ma soprattutto per imparare a distinguere tra le tante notizie false che troviamo in rete, non perdete in libreria ”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.