L'energia è scientificamente una grandezza fisica che misura la capacità di un sistema di compiere lavoro indipendentemente che questo possa essere svolto o meno. Questa definizione dice poco su cosa sia l'energia e come questa energia possa servirci a parlare della cottura della pizza e delle sue calorie.
Nella puntata zero abbiamo parlato della temperatura e di come questa sia legata alla vibrazione delle molecole che compongono una pizza, un pezzo di legno o un cubetto di ghiaccio. Abbiamo detto che c'è un legame stretto tra l'energia contenuta nella vibrazione nelle molecole e la sua misura in temperatura, questa energia è misurabile e si misura in Joule [J].
L'energia ha varie forme tra queste ci sono: Meccanica, Elettromagnetica, Termica, Nucleare, Gravitazionale e Chimica.
Nel fenomeno che è la cottura di una pizza entrano in gioco molteplici forme dell'energia.
1) Liberiamo Energia conservata nella legna attraverso il fenomeno della combustione, la combustione è una reazione chimica che comporta l'ossidazione (elemento chimico che subisce una sottrazione di elettroni) di un combustibile (legna) da parte di un comburente (l'ossigeno). Questa reazione produce calore e quindi uno scambio di energia.
2) L'energia così liberata si trasferisce sotto forma di calore al forno, quindi anche alla pizza, ma anche attraverso un altra forma di energie tra cui quella elettromagnetica che noi vediamo come luce.
3)L'energia trasferita tramite calore viene trasferita tramite i fenomeni di Conduzione, Convezione e Irraggiamento. La Conduzione avviene tramite il trasferimento di calore dalla piastra del forno alla pizza, la Convezione avviene tramite il riciclo dell'aria calda allineano del forno e l'Irraggiamento avviene dalla fiamma verso la pizza.
4) L'energia così trasferita viene trasformata in Energia Termica, la quale alza la temperatura dell'acqua contenuta nella pizza portandola all'evaporazione e quindi alla sua cottura.
Ora la domanda da porci è: quanto calore occorre produrre per cucinare una pizza?
Più rigorosamente dovrei pormi la domanda: quanto calore è necessario per innalzare l'impasto da 20°C a 100°C e quanto calore occorre per far bollire l'acqua ?
Queste sono le formule che ci serviranno per calcolare questo valore.
Come potete vedere occorrono dei dati fondamentali come lo spessore della pizza che è circa di 5mm ma spesso anche di 6mm. La percentuale di acqua persa che si accosta intorno al 20% ma varia a seconda del tipo di cottura.
Per una pizza con un 18% di acqua persa, uno spessore di 5,8 mm e una temperatura dell'impasto di 20,1 °C abbiamo che:
Il calore necessario per cucinare la pizza è di 3.422.134,96 J/m^2 quindi 951 Wh/m^2.
Nelle prossime puntate analizzeremo come fornire in dettaglio questa energia alla nostra pizza.
Calorie
Abbiamo detto che ogni cosa contiene energia in varie forme, l'energia che ci occorre per sopravvive è quella chimica, noi spezzando i legami che legano le varie molecole estraiamo i nutrienti necessari a sopravvivere. Per fare questo si attuano dei processi di combustione all'interno del nostro corpo che vanno a rompere questi legami e a prelevare energia dal cibo o elementi fondamentali. In questo ambito usiamo il concetto di caloria, il quale è strettamente legato al nostro concetto di temperatura in quanto per definizione ho:
Una Caloria è l'energia necessaria per innalzare i 1°C la temperatura di 1g di acqua distillata.
In termini di Joule ho 1 Cal = 4,187 J.
Questo concetto posso usarlo quindi o per misurare quale è la quantità di energia che un cibo mi può dare:
Pizza Margherita ha 800 kCal.
Oppure posso usare questo concetto come misura dell'energia necessaria a scaldare un ambiente o fornita da un impianto termico, come spesso accade.
Nota: spesso sugli alimentari troviamo il valore di Cal ma si intende kCal, la cosa può confondere parecchio.
Bibliografia
Andrey Varlamov, Andreas Glatz, Sergio Grasso, The Physics of baking good Pizza, Physics Education vol.53 Nov 2018