Fisica

Gli esperimenti rivelano la fisica dell'evaporazione

Gli esperimenti rivelano la fisica dell'evaporazione

Durante il processo della fisica dell'evaporazione i cambiamenti di pressione, più della temperatura, influenzano fortemente la velocità con cui i liquidi si trasformano in gas.

È un processo così fondamentale per la vita di tutti i giorni - in ogni cosa, dalla tua caffettiera mattutina alla grande centrale elettrica - che spesso è dato per scontato: il modo in cui un liquido si allontana da una superficie calda.

Eppure sorprendentemente, questo processo di base è stato solo ora, per la prima volta, analizzato in dettaglio a livello molecolare, in una nuova analisi del dottor Zhengmao Lu, (1) del del Massachusetts Institute of Technology, professore di ingegneria meccanica e capo del dipartimento della scienziata Evelyn Wang, (2) e altri tre al Massachusetts Institute of Technology e all'Università di Tokyo. Lo studio appare sulla rivista Nature Communications.

La dottoressa Evelyn Wang spiega: “Si scopre che per il processo di cambiamento di fase liquido-vapore, una comprensione fondamentale è ancora relativamente limitata. Sebbene siano state sviluppate molte teorie, in realtà non ci sono prove sperimentali dei limiti fondamentali della fisica dell'evaporazione. È un processo importante da capire perché è così onnipresente. L'evaporazione è prevalente in diversi tipi di sistemi come la generazione di vapore per centrali elettriche, le tecnologie di desalinizzazione dell'acqua, la distillazione a membrana e la gestione termica, come ad esempio i tubi di calore. Ottimizzare l'efficienza di tali processi richiede una chiara comprensione delle dinamiche in gioco, ma in molti casi gli ingegneri fanno affidamento su approssimazioni o osservazioni empiriche per guidare le loro scelte di materiali e condizioni operative.”

Utilizzando una nuova tecnica per controllare e rilevare le temperature sulla superficie di un liquido, i ricercatori sono stati in grado di identificare un insieme di caratteristiche universali correlate ai cambiamenti di tempo, pressione e temperatura che determinano i dettagli del processo di evaporazione. Nel processo, hanno scoperto che il fattore chiave, che determinava la velocità di evaporazione del liquido, non era la differenza di temperatura tra la superficie e il liquido ma piuttosto la differenza di pressione tra la superficie del liquido e il vapore ambientale.

Fisica statistica per la modellizzazione di reti

Fisici esperti di teoria delle reti hanno creato metodi e idee della fisica statistica per la biologia e la descrizione di reti sociali ed economiche

Una collaborazione tra Istituto dei sistemi complessi del Cnr, Imt di Lucca e Università di Leiden ha prodotto un framework comune, basato sulle idee proprie della fisica statistica, per la modellizzazione di reti complesse, applicabile a sistemi reali che spaziano da quelli socio-economici a quelli naturali.

La principale applicazione si ha quando bisogna ricostruire la struttura di tali sistemi a partire da informazioni parziali. Ad esempio, nel caso delle banche e degli scambi finanziari coperti dalla privacy. Lo studio è pubblicato nel numero inaugurale di Nature Reviews Physics

Molti sistemi socio-economici e naturali possono essere efficacemente modellizzati come reti in cui i nodi rappresentano gli elementi che interagiscono tra loro e i legami le interazioni stesse le quali spesso danno luogo a strutture complesse ed irregolari. Tale modellizzazione è fondamentale per lo studio approfondito di tali sistemi: talvolta, però, non si ha accesso alla struttura totale della rete, ma si ha un'informazione parziale, da cui sorge la necessità di elaborare modelli statistici adatti alla ricostruzione della rete globale.

Fisici esperti di teoria delle reti dell'Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Isc), in collaborazione con colleghi della scuola Imt di Lucca e dell'Università di Leiden in Olanda, hanno pubblicato nel numero inaugurale di Nature Reviews Physics un lavoro dove si presenta un approccio matematico comune a questi problemi, basato sui metodi e le idee proprie della fisica statistica, che permette ampie applicazioni in ambiti scientifici che vanno dalla biologia alla descrizione delle reti sociali ed economiche.

“Spesso questi sistemi sono schematizzati come reti per le quali, nel recente passato, sono stati sviluppati molti strumenti teorici e numerici di analisi, a partire dalla teoria matematica dei grafi. È il caso per esempio delle reti bancarie che scambiano moneta o titoli, degli ecosistemi con specie legate da rapporti preda-predatore o delle rete funzionali delle aree corticali del cervello, che interagiscono dinamicamente”, spiega Andrea Gabrielli, ricercatore Cnr-Isc. “Tuttavia, per limiti sperimentali o imposti dall'esterno, come le clausole di privacy che non permettono la conoscenza di tutti gli scambi finanziari in una rete interbancaria, l'informazione parziale sulla rete rende necessaria la formulazione di modelli statistici per dedurne le sue proprietà strutturali”.

Esiste solo la percezione del tempo

Il tempo è l’unico concetto soggettivo che non è un concetto fisico reale. È chiara quindi l’idea che il tempo non è un concetto fisico valido

Il tempo – come concetto valido in fisica – non esiste. Questi articoli intendono chiarire e mostrare come ciò aiuti a comprendere vari altri concetti della fisica.

Il principio sottostante è il positivismo. Questo chiarisce i “potenziali elettromagnetici avanzati”, l’equilibrio nell’uso delle trasformazioni covarianti, la natura dei buchi neri e il Big Bang. Si discuterà anche della natura di Dio e se ne mostrerà la coerenza con l’idea che il tempo non esista. Saranno anche aggiunti commenti su scienza e religione. Infine, una discussione sulla natura della scienza e sulla funzione d’onda dell’universo, dimostrerà che tutta la nostra conoscenza fino ad ora è necessariamente incompleta.

Una delle idee fondamentali della fisica è il positivismo logico. Una dichiarazione ha senso se, e solo se, può essere dimostrata vera o falsa, almeno in linea di principio, attraverso l’esperienza. Una teoria della fisica è un sistema matematico, i cui concetti possono essere misurati o osservati sperimentalmente. Un concetto che non può essere osservato, per principio non esiste.

Prendiamo il concetto di tempo. Noi tutti crediamo nella realtà di questo concetto fisico. Misuriamo il tempo usando gli orologi. Tuttavia, ulteriori analisi mostrano che questo significa che non possiamo osservare, in linea di principio, il passato. Anche quando guardiamo immagini che riprendono eventi passati, quello che stiamo facendo è guardare delle immagini nel presente. Il passato esiste, solo nel senso di una sua immagine che esiste adesso. Il futuro, naturalmente, non esiste ancora. E se né il passato né il futuro esistono come concetti validi in fisica, allora neanche il tempo può essere considerato tale.

Quando i fisici parlano del tempo, parlano di misurazioni effettuate mediante orologi. Consideriamo i diversi stati temporali che descrivono un esperimento fisico. Anche se il tempo esiste nelle equazioni, l’unica realtà è il presente. Il tempo nelle equazioni della fisica è solo una variabile intermedia, non una vera quantità fisica.

Pagine