Calore, temperatura, percezione e comfort termico

Che rapporto c'è tra il calore e la temperatura, la massa e l'energia termica, quello che sentiamo e il comfort termico?

Questi termini si confondono di continuo, quindi vale la pena definirli uno a uno e vedere come si legano.

Il calore è una forma di energia che si trasferisce tra due corpi a temperature diverse, e va sempre dal corpo più caldo a quello più freddo.

Il calore è il trasferimento di energia da un oggetto a un altro. È l'energia del movimento delle particelle di un oggetto.

La temperatura è la misura di quanto è caldo un corpo. Misura quanto sono agitate le particelle atomiche dentro il materiale. Più in fretta si muovono quegli atomi o quelle molecole, più alta è la temperatura.

La massa è la quantità di atomi contenuta nel materiale.

Più molecole contiene un oggetto, più energia termica racchiude.

Più alta è la temperatura di un oggetto, più energia termica racchiude.

E viceversa in entrambi i casi.

Prenda un bicchiere d'acqua a 70 °C e una vasca piena d'acqua a 25 °C. Quale quantità d'acqua racchiude più energia termica?

La temperatura è molto più alta nel bicchiere, ma il bicchiere contiene molte meno molecole. L'energia termica è quindi minore nel bicchiere che nella vasca, anche se la vasca è a una temperatura più bassa.

Supponiamo ora di voler scaldare una piscina con un secchio d'acqua a 35 °C, e un'altra piscina con un bicchiere d'acqua bollente a 70 °C.

Sostituisca le molecole d'acqua con delle banconote:

un secchio pieno di banconote da 50 euro e un bicchiere pieno di banconote da 100 euro.

L'importo totale del secchio è molto maggiore di quello del bicchiere.

Nel bicchiere, la qualità dell'acqua calda, come il valore di ogni banconota, è più alta.

Nel secchio, la quantità di acqua calda, come il numero di banconote, è maggiore.

È la velocità delle molecole a determinare la qualità del caldo. Quella qualità dipende solo dalla loro velocità e non ha nulla a che vedere con la loro massa totale.

Anche se le molecole d'acqua del secchio si muovono più lentamente, ce ne sono molte di più. Quello che manca loro in velocità lo recuperano in numero. La quantità di caldo dipende insieme dalla massa e dalla velocità.

La grande differenza tra temperatura e calore è che la temperatura dipende solo dalla velocità, mentre il calore dipende insieme dalla velocità e dalla massa.

Qualità del caldo = temperatura = velocità

Quantità di caldo = calore = velocità + massa

L'acqua del bicchiere è a una temperatura molto alta ma racchiude pochissimo calore. L'acqua del secchio è a una temperatura molto più bassa ma racchiude parecchio più calore.

In conclusione, un secchio d'acqua a 35 °C scalda una piscina con più efficacia di un bicchiere d'acqua a 70 °C.La quantità a bassa temperatura batte la qualità ad alta temperatura.

L'energia termica dipende dalla massa di un corpo e da quanto sono agitate le particelle che lo compongono.

Energia termica = massa + temperatura

Un corpo a 25 °C con una superficie di scambio termico quaranta volte maggiore di quella di un corpo caldo a 70 °C racchiude parecchia più energia termica.

Quella massa maggiore unita a temperature che restano basse, vicine a quella della pelle, è quello che chiamiamo comfort termico.

Quello che sentiamo è il legame tra l'idea di calore e l'idea di temperatura.

Ecco un breve esperimento per vederlo.

Prenda tre recipienti di uguale volume, ciascuno a una temperatura diversa.

Metta la mano sinistra in quello a 5 °C e la destra in quello a 35 °C, per trenta secondi.

Poi tolga entrambe le mani e le metta nel recipiente di mezzo, la cui acqua è a 20 °C.

Che cosa sentirà?

La mano sinistra registrerà una sensazione di caldo, mentre la destra registra una sensazione di freddo. Eppure il recipiente è a 20 °C per entrambe le mani.

Il che dimostra che quello che sentiamo è una sensazione vera e comunque sbagliata in termini termici, e che calore e temperatura sono due cose diverse.

Il comfort termico è un rapporto stretto tra la massa di un corpo e la sua temperatura.

Un soffitto radiante offre la più grande superficie possibile di scambio termico alla temperatura più bassa possibile.

Quell'accordo tra superficie e temperatura di esercizio, insieme all'assenza di qualsiasi ostacolo alla diffusione di quell'energia, è ciò che fa del soffitto radiante la forma di riscaldamento più efficace tra quelle disponibili.

Mette al lavoro gli stessi principi che governano l'effetto della luce del sole, da cui viene in primo luogo la nostra idea di comfort.