Fisica tecnica: l'effetto serra

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Il fenomeno dell'effetto serra è ormai entrato a far parte della conoscenza comune grazie ai telegiornali e ad altri mezzi di comunicazione che, sempre più, sottolineano il problema riguardante un suo incremento. Questo è dovuto principalmente ad un aumento della concentrazione dei cosiddetti "gas serra", ovvero quei gas trasparenti alla radiazione solare ma che riescono a trattenere, in maniera consistente, quella proveniente dalla superficie del nostro pianeta, dall'atmosfera e dalle nuvole. In fisica tecnica, disciplina che si pone come obiettivo quello di studiare le trasformazioni dell'energia e le sue interazioni con la materia, il fenomeno dell'effetto serra viene studiato mediante diversi modelli che ne semplificano la comprensione.

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Il modello a scatola chiusa

Con questo semplice modellino è possibile capire bene quali sono i fattori che entrano in gioco nel fenomeno dell'effetto sera. Si prenda in considerazione una scatola dove sul fondo viene applicata una piastra di alluminio dipinta di nero, un sensore termico per rilevare la temperatura e un coperchio di plastica o vetro trasparente. Si esegue prima l'esperimento senza coperchio. Si pone la scatola al sole e si attendono circa 15 minuti per il raggiungimento di condizioni stazionarie (ovvero dove la temperatura non varia più in modo significativo). Poi si ripete il tutto coprendo la scatola con il coperchio. I differenti flussi che entrano in gioco nel sistema sono quelli entranti: radiazione solare, dell'ambiente e del coperchio che generano un flusso di calore verso la piastra; flussi uscenti: radiazione emessa dalla piastra e dal coperchio che generano un flusso di calora verso l'esterno. Il sensore rileverà così un differente incremento di temperatura, che sarà maggiore nel caso in cui è presente il coperchio, poiché l'aria nella scatola riceve calore dalla piastra ma il coperchio impedisce uno scambio con l'aria esterna. Aumenta così anche la temperatura del coperchio che emette radiazione infrarossa e cede calora all'aria in contatto con esso. La temperatura di equilibrio della piastra sarà maggiore nel caso con il coperchio perché questa deve bilanciare non solo l'energia che riceve dal sole, ma anche quella che riceve dal coperchio.

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Dal modello alla realtà

Il modellino ci permette così di capire quale è il funzionamento che sta dietro all'effetto serra. La superficie terrestre assume lo stesso ruolo della piastra nera, il coperchio invece è la rappresentazione della nostra atmosfera, che risulta trasparente alla maggior parte della radiazione solare, ma che assorbe la radiazione del lontano infrarosso emessa dalla Terra. Un aumento della concentrazione di CO2 e degli altri gas serra provoca un aumento dell'assorbimento e dell'emissione della radiazione infrarossa.

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Gas serra

L'andidride carbonica (insieme al vapore acqueo e alle nuvole) gioca un ruolo preponderante nelle meccaniche che regolano l'effetto serra. Per vedere come la CO2 si comporta è possibile effettuare un piccolo esperimento, analogo a quello sopra riportato, in cui viene usata una lampada come sorgente luminosa. Si misura la temperatura della piastra nera dapprima tenendo la scatola aperta e poi coprendo la piastra con della CO2, generata miscelando bicarbonato di sodio e aceto. Anche in questo caso si noterà un maggiore incremento della temperatura per il secondo caso. È importante sottolineare il fatto che l'effetto serra ha un ruolo fondamentale nel mantenere la temperatura sulla superficie della terra adatta alla vita, ma una sua eccessiva variazione può portare a conseguenze potenzialmente pericolose.

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