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Q: Qual è il miglior refrigeratore, dal punto di vista della fisica?

A: Per prima cosa, un promemoria dalla fisica del liceo: il calore, a livello atomico, è il movimento delle molecole. Più velocemente si muovono, più caldo è il solido/liquido/gas. In un gas caldo, questo significa che le molecole sfrecciano, rimbalzando sulle pareti. In un solido caldo, le molecole vibrano dove si trovano, passando le loro vibrazioni a qualsiasi vicino che vibra più lentamente attraverso i legami molecolari elastici che tengono insieme il solido.

Il freddo è l’assenza di calore, proprio come il buio è l’assenza di luce. L’obiettivo di un refrigeratore, quindi, non è tanto quello di tenere il “freddo” dentro, ma di tenere il calore fuori. Quanto bene un refrigeratore può fare questo dipende da tre fattori chiave: isolamento, aria e ghiaccio.

Quindi qual è il miglior refrigeratore? Pensaci da una prospettiva termodinamica:

Uno con uno spesso isolamento in schiuma a celle chiuse

Generalmente tutti i refrigeratori commerciali usano lo stesso metodo di isolamento: schiuma tra le pareti interne ed esterne. La schiuma è un buon isolante per due motivi. Primo, è piena di bolle di gas; i gas conducono il calore meno efficacemente dei liquidi o dei solidi, e intrappolare il gas in piccole bolle impedisce al gas di trasferire efficacemente il calore per convezione. In secondo luogo, le molecole di polimero che compongono le pareti delle bolle sono legate in modo piuttosto lasco; questo limita la velocità con cui il calore può essere trasferito da una molecola all’altra. (Le molecole in materiali ad alta conduzione di calore come il metallo contengono elettroni liberi, che trasferiscono il calore più rapidamente rispetto alle loro controparti meno mobili.)

Ma non tutte le schiume sono create uguali! C’è la schiuma a cellule chiuse e la schiuma a cellule aperte. La schiuma a cellule chiuse è densa e rigida, e la maggior parte delle bolle di gas non si toccano. La schiuma a celle aperte è più flessibile e leggera, ma poiché la maggior parte delle bolle di gas sono in contatto tra loro, è più facile che il calore viaggi attraverso di essa ed è quindi meno isolante. I due tipi di schiuma contengono anche diversi tipi di gas: Le bolle a cellule aperte sono spesso riempite di vapore acqueo, mentre le schiume a cellule chiuse sono riempite con una varietà di altre sostanze chimiche con migliori proprietà isolanti, come il pentano. (Per decenni, la maggior parte delle schiume isolanti a cellule chiuse sono state riempite di CFC; queste sono state gradualmente eliminate dopo la scoperta del loro impatto sullo strato di ozono. La maggior parte delle schiume attuali non sono altrettanto buone per proteggere le carni fredde, ma sono significativamente migliori per proteggere l’atmosfera!

La schiuma a celle aperte è il tipo di schiuma usato nelle borse da pranzo morbide e simili, mentre le borse frigo rigide generalmente contengono schiuma a celle chiuse nelle loro pareti. A causa della loro differenza nel potere isolante, è quasi sempre meglio una borsa frigo con il lato duro che una con il lato morbido, finché la portabilità non è un fattore limitante.

Infine, e più intuitivamente, l’efficacia della tua borsa frigo dipenderà dallo spessore della schiuma usata per isolarla. Alcune borse frigo più economiche non hanno un isolamento nei loro coperchi, o hanno un isolamento più sottile sul fondo della borsa frigo; entrambi questi fattori ridurranno l’efficacia della tua borsa frigo. Inoltre, se il coperchio della tua borsa frigo è dotato di portabicchieri, considera di mettere un tappo fatto di materiale isolante come il polistirolo sul fondo di essi. (O se non li usi, considera di riempirli con schiuma spray o memory foam!)

Uno che rimane pieno e non aperto

Rispetto ai solidi e ai liquidi, l’aria è un cattivo conduttore di calore. Ma non sottovalutatela! Ogni volta che il contenuto della tua borsa frigo entra in contatto con l’aria più calda all’esterno, quelle molecole che si muovono più velocemente entrano e colpiscono le tue molecole fredde nelle costole, facendole muovere più velocemente e rendendo la tua birra un po’ più calda. Per questo motivo, è meglio che il tuo refrigeratore non venga aperto spesso. Considera di avere refrigeratori separati per il cibo e per le bevande.

Inoltre, un buon refrigeratore sarà ermetico. Controlla la tenuta intorno al coperchio della borsa frigo e assicurati che lasci entrare meno aria possibile. Alcune borse frigo, come YETI e Orca, sono stampate in un unico pezzo di plastica senza cuciture, in un processo chiamato roto-molding. È incredibilmente efficace nel tenere fuori l’aria, ma può anche essere incredibilmente costoso.

Se è possibile riempire la borsa frigo in modo che non ci siano sacche d’aria, fatelo, preferibilmente con ghiaccio. Perché mentre una miscela di ghiaccio e acqua sciolta nella borsa frigo sarà sempre di 32 gradi Fahrenheit, qualsiasi aria nella borsa frigo sarà più calda di quella. Riempire quelle sacche d’aria con il ghiaccio elimina quel problema.

Uno con una giusta quantità (e forma) di ghiaccio

Il rapporto generalmente accettato di ghiaccio al contenuto è circa 2:1. (Il rapporto ideale ha così tanti fattori, incluso il calore specifico del contenuto, che non è qualcosa che vale la pena calcolare prima di ogni viaggio in campeggio). Il tasso di fusione del ghiaccio è direttamente collegato alla sua superficie: Un blocco di ghiaccio si scioglie molto più lentamente di una quantità equivalente di ghiaccio in piccoli cubetti. Considera l’acquisto di un blocco di ghiaccio, o congela l’acqua in una brocca di plastica per fare il tuo “blocco”. (Dopo che questa storia è stata pubblicata per la prima volta, l’insegnante di fisica Fred Bucheit ha scritto per ricordarci che sciogliere il ghiaccio è in realtà auspicabile, poiché è così che il ghiaccio assorbe il calore che altrimenti riscalderebbe la vostra birra. Se vuoi che il tuo contenuto sia al massimo del freddo, i cubetti che si sciolgono velocemente sono tuoi amici; se hai un lungo viaggio in cui il tuo contenuto non deve essere congelato, il ghiaccio in blocchi durerà molto più a lungo.)

Quando il ghiaccio si scioglie, il livello dell’acqua nella tua borsa frigo aumenterà. Non svuotarlo! Sta ancora isolando il contenuto del tuo refrigeratore. (L’acqua può condurre il calore meglio dell’aria, ma finché l’acqua è più fredda dell’aria, è la scelta migliore per tenerci dentro la birra.)

Le molecole in rapido movimento sono il nemico delle cose fredde, e tenere a bada queste molecole è la valorosa ambizione di tutti i refrigeratori: i migliori traggono pieno vantaggio dalle leggi della fisica per massimizzare la loro potenza.

Meredith Fore ama il suo sidro ghiacciato e scrive per WIRED di fisica come AAAS Mass Media Fellow.

Aggiornato il 7-11-19, 9 pm EDT, per chiarire come lo scioglimento del ghiaccio possa effettivamente aiutare a mantenere fredde le vostre bevande.

Cosa possiamo dirvi? No, davvero, cosa vuoi che ti dica uno dei nostri esperti interni? Pubblica la tua domanda nei commenti o manda un’email ai Know-It-Alls.

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