MILANO - In fisica il processo di raffreddamento non è così semplice e scontato come può sembrare: un oggetto caldo può congelarsi più rapidamente di uno freddo. Quando un sistema caldo raffredda, l'aumento di velocità nel processo può essere addirittura esponenziale rispetto ad uno a temperatura più bassa. A dimostrarlo un recente studio pubblicato su Science News.
L’effetto Mpemba
L'esperimento è stato ispirato dai report sull'effetto Mpemba, ovvero il fenomeno fisico per cui, esposta alla stessa temperatura esterna, una stessa quantità di acqua calda solidifica prima di quella fredda. Gli studi su questo fenomeno sono stati ostacolati dalla complessità dell'acqua e dei processi di congelamento. Per superare queste difficoltà, Avinash Kimar e John Bechhoefer, della Simon Fraser University in Canada, hanno utilizzato minuscole perle di vetro di 1.5 micrometri di diametro al posto dell'acqua.
Durante l'esperimento, una singola perla rappresentava una singola molecola d'acqua e le misurazioni sono state eseguite oltre 1.000 volte. Un laser ha esercitato una forza su ogni perlina, riproducendo l'effetto di una superficie di energia potenziale sul sistema. Nel frattempo, il sistema è stato raffreddato all’interno di una riserva d'acqua. La temperatura effettiva è data dalla combinazione degli effetti dell'energia potenziale e dell'impatto del laser sulle singole sfere.
I risultati dell’esperimento: l’acqua calda congela prima della fredda
Per studiare il raffreddamento del sistema, i ricercatori hanno osservato il cambiamento delle perle nel tempo: sotto determinate condizioni, le sfere che partono da una temperatura più calda raffreddano più velocemente, a volte in maniera esponenziale. In un caso, le sfere più calde si sono raffreddate in circa due millisecondi, mentre le sfere più fredde hanno impiegato 10 volte di più.
La logica suggerirebbe che un oggetto più caldo raffreddi più lentamente. In fisica non è così. "Quando un sistema non è in equilibrio termico, il suo comportamento non è caratterizzato dalla sola temperatura," spiega Bechhoefer. Quando le perline raffreddano, la struttura del potenziale permette la presenza di scorciatoie, come se un escursionista partisse più lontano rispetto a un altro ma il suo percorso gli facesse evitare una grande montagna.
Di Salvatore Galeone
