0183. Un liquido presente in un contenitore risale lungo un tubicino per il fenomeno della capillarità. Da dove proviene questa energia?

Un liquido presente in un contenitore risale lungo un tubicino per il fenomeno della capillarità. Anche se piccola una porzione di acqua acquista quindi energia potenziale.Si potrebbe immaginare di riempire un contenitore posto ad una altezza maggiore del primo. Se il sistema è isolato da dove arriva questa energia? (Alessio Pertusio) (2047)

La richiesta di chiarimenti fatta dal nostro web-nauta non dichiara le sue conoscenze di base mi prendo quindi la libertà di riformulare la domanda e di esporre un esempio che ci aiuti a capire.

Abbiamo a che fare con una molecola di acqua H₂O. L’acqua – come ci ricorda la sua formula chimica H₂O- è formata da 2 atomi di Idrogeno ed uno di Ossigeno che si dispongono in modo tale che le cariche elettriche positive sono distanziate da quelle negative di circa un Angstrom (grosso modo) formando cosi un dipolo elettrico con carica totale nulla. Se una carica Q dello stesso ordine di grandezza di un elettrone o di un protone si avvicina al dipolo, quando é lontana non interagisce e vede il dipolo come una struttura neutra, ma quando è vicina di qualche Angstrom l’interazione con i due tipi di cariche del dipolo origina una forza che può fare ruotare e allineare lungo la direzione del campo elettrico la molecola di H₂O. Dopo essersi allineata la molecola scivola lungo la linea del campo elettrico.

Facciamo un esperimento per capire meglio.

Da un rubinetto facciamo uscire un filo di acqua e avviciniamogli un pezzo di plastica elettrizzato per strofinio con un panno di lana. La carica accumulata nel pezzo di plastica è ora molto grande e i dipoli di H₂O la sentono anche a distanza di qualche centimetro e il filo d’acqua viene spostato di qualche cm. Ora che abbiamo capito cosa può succedere a una molecola di H₂O quando si avvicina a una parete vediamo il comportamento dell’acqua dentro una brocca di terracotta non verniciata.

All’interno delle brocca i dipoli tendono ad allinearsi ma l’agitazione termica li disordina e quando sono vicini alla parete possono venire attratti: cioè bagnano la parete e la risalgono a dispetto della forza di gravità che è 10¹⁵ volte più debole delle forze elettriche che agiscono sulla molecola di acqua a distanze di pochi Angstrom. Sulla parete trovano un materiale poroso, pieno di caverne e di tunnel che gli permettono un passaggio sino alla parete esterna della brocca. Qui trovano un ambiente diverso: l’aria con le sue correnti, i raggi solari che la riscaldano, etc... e il risultato è che l’H₂O evapora rubando energia alla brocca che si raffredda. L’acqua evaporata viene sostituita da quella contenuta all’interno. Ma ora ci è chiaro: non è stato il campo elettrico e neppure il campo gravitazionale a fornire l’energia neccessaria all’evaporazione ma uno dei tanti campi di forza motrice non conservativi. In altre parole il sistema non era isolato. Peccato per il moto perpetuo; sarà per un’altra volta!

Il comportamento delle brocche di terracotta era ben noto ai nostri contadini che le usavano per avere acqua sempre fresca.

Gian Paolo Murtas – Fisico

P.S Non avvicinate un filo conduttore collegato alla presa di corrente dell’Enel per fare deviare il flusso dell’acqua. Potreste rimanere fulminati. L’Enel con le sue centrali produce un campo di forze non conservative in grado di fare circolare cariche elettriche.