barbecue, Lambert e Boltzman

           

Ludwig Boltzmann, notate la sua equazione scolpita in alto

faremo ora la conoscenza di questo grande matematico e fisico nato a Vienna nel 1844 e morto suicida per impiccagione nel 1904 in Duino, un ameno villaggio di pescatori presso Trieste. Ma altresì faremo conoscenza con il fuoco o meglio con la brace che si usa per fare grigliate e barbecues, gioia e dolore di improvvisati sedicenti esperti e cuochi che probabilmente mai hanno sentito parlare della relazione intercorrente fra temperatura ed intensità di emissione del corpo nero.

Che parole complicate direte voi, ma in realtà la cosa è molto semplice e se mi seguirete capirete perchè quasi mai la grigliata risponde alle vostre aspettative, nel senso che la carne o il pesce rimane troppo crudo o peggio abbrustolito su di un lato con un sapore amarognolo poco gradevole. Ancora una volta vi spiegherò che il prodotto del vostro sforzo altro non è che un miscuglio di sostanze cancerogene da non sottovalutare troppo.

           

Nella foto qui sopra possiamo ammirare una bella grigliata fatta a regola d'arte, nessuna bruciacchiatura, nessuna zona cruda, insomma tutto perfetto. Purtroppo la realtà è un po' diversa, poichè dosare la giusta quantità di calore che deve arrivare sulla superficie della carne è un'impresa molto ma molto difficile per la semplice ragione che entrano in gioco due parametri fondamentali e cioè:

1) la temperatura della brace;

2) la distanza della carne dalla brace stessa.

Ambedue i parametri sono governati da leggi fisiche imprescindibili e ben quantificabili come vedremo fra poco. Innanzitutto il barbecue non si può effettuare con la fiamma viva che va a lambire la carne, chè altrimenti ci si ritrova con una specie di carboncino indegno di essere considerato cibo, ma al contrario si deve usare la brace, la quale però è ricca di sfaccettature nel senso che può essere più o meno viva, più o meno calda, e questa differenza di temperature influenza la cottura in maniera incredibile, per la semplice ragione che interviene l'equazione di Boltzmann che fra poco andremo a studiare.

La brace: può variare la sua temperatura di quasi 1000 gradi in funzione della ventilazione cui è sottoposta, e della sua freschezza, cioè se si è appena formata o se invece sta deperendo per mancanza di combustibile, ed in ultima analisi se ne può dedurre la temperatura solamente guardandola con occhio esperto: più tende al rosso cupo, più essa è fradda, mentre se tende al giallo chiaro più essa è calda, come tutti sanno. Comunque, giusto per fissare le idee, ecco qui sotto una tabella empirica per valutare ad occhio la temperatura della brace protagonista di questo libricino.

Amaranto pallido 480°

Amaranto 525

Rosso sangue 585

Rosso scuro 635

Rosso 675

Rosso chiaro 740

Rosso pallido 845

Rosa 900

Arancione 940

Giallo 995

Giallo pallido 1080

Bianco 1205

         

E' ovvio che esistono sistemi più scientifici per compiere queste misurazioni che si avvalgono di bolometri e termistori, ma non penso sia il caso di appesantire questa parte del nostro trattatello, poichè il suo scopo è un altro, come andremo a capire fra poco. Comunque nella figura qui sopra si vede molto bene come all'aumentare della temperatura di un corpo il picco di massima emissione si sposta verso le lunghezze d'onda minori, ovverossia frequenze più alte, e quindi se a 4.500° K abbiamo il massimo nel visibile, a 20.000° K questo deborda nell'ultravioletto: ecco perchè quando si usa una saldatrice bisogna usare la maschera per proteggersi dagli UV.

Per poter proseguire agili e sciolti dovremo altresì introdurre il concetto di temperatura assoluta, perchè fra poco, quando andremo a svelare finalmente l'equazione di Boltzmann, vedremo che essa ha valore solamente prendendo in considerazione la temperatura espressa in tale modo.

Chi non sa che l'acqua si trasforma in ghiaccio e viceversa a 0°, e che l'acqua bolle a 100°?, queste due temperature sono infatti state assunte come i due parametri per impostare la cosiddetta scala termometrica Celsius o centigrada; altri popoli, gli anglosassoni, invece, continuano imperterriti ad utilizzare la assurda scala Farenheit; poi c'era una volta la Réaumur. Queste scale vanno bene per uso popolare ed anche scientifico di basso profilo, tuttavia quando si deve fare riferimento a certi fenomeni più complessi, ecco che ci si avvale della scala termometrica Kelvin, la quale ha la stessa suddivisione scalare della centigrada, ma pone lo 0 a quella che viene definita la temperatura più bassa esistente che è -273,15°C. Questa temperatura viena anche chiamata 0 assoluto, e badate bene, è raggiungibile solo asintoticamente, cioè ci si puo avvicinare fino a sfiorarla ma non fino a toccarla.

                                                

E' quello che succede alla curva qui sopra, che si chiama iperbole, la quale sia sulle ascisse (x) che sulle ordinate (y) si avvicina indefinitamente ai due assi, senza mai toccarli.

Abbiamo dunque visto che lo 0 assoluto è posto a -273,15 C°, per cui, per fare un esempio, se oggi qui a casa misuro col termometro 24° C potrò altresì dire che sono 273,15 + 24 = 297,15° gradi Kelvin.

Non ritengo sia il caso in questa sede di spiegare il perchè lo 0 assoluto si trova proprio a -273,15, ma chi fosse curioso potrà facilmente scoprirlo andando su wikipedia.

E veniamo finalmente a parlare di Boltzmann: egli formulò una legge che correla la temperatura di un corpo (il cosiddetto corpo nero), espressa per l'appunto in gradi Kelvin, con la intensità di irraggiamento.

Essa è:

                                                     E = σ T4

che va così letta: E (energia) uguale sigma per temperatura T elevata alla quarta, dove E è l'energia irraggiata espressa in Joule, T è la temperatura in °K, mentre sigma ha il valore di 5,67 x 10-8 W/mK4 (watt fratto metro per K alla quarta potenza). Voglio farvi notare quella quarta potenza della temperatura, che è veramente importante, andando essa ad influenzare in modo drammatico l'energia sprigionata dal corpo caldo. Se ancora non ve ne rendete conto, facciamo un esempio:

supponiamo di avere un corpo caldo a 300° C e di portarlo a 320° C, vediamo che differenza di irraggiamento otterremo: 300+273,15 = 573,15° K

                                       320+273,15 = 593,15° K.

Eleviamo alle quarte potenze arrotondando:

573 alla quarta--->; 107.799.932.241, arrotondiamo ancora 107.800.000.000 che espresso esponenzialmente diventa 108x10^9 (circa). Adesso moltiplichiamo per σ ed otteniamo 108x10^9 x 5,67x10^-8 = 612,36x10^1 = 6.123 J.

adesso facciamo lo stesso con la seconda temperatura 593 alla quarta--->; 123657019201 arrotondiamo 123.660.000.000 ed esponenzialmente 124x10^9 (circa). Moltiplichiamo per σ, ed otteniamo 124x10^9 x 5,67x10^-8 = 703x10^1 = 7.000 J (circa).

Se facciamo la differenza fra 7.000 e 6.123 otteniamo 877 Joule! E questo, come avevamo impostato, per una differenza di soli 20° C!! Questi 877 joule sono nientemeno che il 14% in più, ripeto: solo portando un corpo da 300 a 320° C.

In concomitanza al principio di Boltzmann, però, c'è un altro fattore che influenza l'irraggiamento della nostra bistecca, ed è la distanza di questa dalla brace, brillantemente descritta da Lambert; qui le condizioni sono meno drastiche essendo questa intensità funzione inversa del quadrato della distanza

                                          

Ecco quindi che mano a mano la brace si consuma, interviene Boltzmann, ma allora bisogna supplire utilizzando Lambert, abbassando quindi la graticola più vicina al fuoco. E così adesso sapete che per fare un perfetto barbecue che non sia mezzo crudo nè carbonizzato dovete come minimo diplomarvi al Politecnico di Milano o meglio alla Bocconi come Mari&Monti.

Chiaramente ho fatto qui una battuta, però voglio adesso fare una riflessione sui danni alla salute dei cibi che vengono cotti al fuoco vivo:

Diossina: questa parola l'avrete sentita ripetere fino alla nausea, ma ben pochi di voi, temo, sappiano di che cosa si tratta. Innanzitutto si parla di famiglia delle diossine, perchè queste sono moltissime almeno 200, ma tutte derivano dal composto che vediamo qui sotto a sinistra contrassegnato come 1,4 diossina o anche para-diossina, quella a destra, meno frequente, prende invece il nome 1,2 diossina o orto-diossina.

 

           
      

Invece il composto qui in alto prende il nome di 2,3,6,7-tetracloro-dibenzo-para-diossina, in breve TCDD; ho voluto accennarlo poichè è il più pericoloso della famiglia ed uno dei più potenti tossici che esistano.

             

Qui sopra, invece, ho raffigurato altri due composti diossina-simili, il dibenzofurano a sinistra, ed il bifenile.

Le diossine si formano sempre ogniqualvolta la combustione è carente, cioè quando la temperatura è troppo bassa, e cioè fra i 200 e i 500° C o se no quando c'è carenza di ossigeno; altrimenti, se il fuoco è ben alimentato, magari mediante insufflazione forzata di aria, come per esempio con il mantice dei fabbri, allora le sostanze organiche bruciano completamente evolvendo in innoqui H2O e CO2 che non fanno del male a nessuno.

Purtroppo guardacaso, proprio la brace della grigliata od il ceppo del forno della pizzeria, bruciano a temperature piuttosto basse, intorno ai 400 - 500 gradi.

Benzopirene: questa molecola che possiamo ammirare qui in alto è uno dei più pericolosi e subdoli cancerogeni che esistano. Esso si forma sui cibi bruciacchiati come proprio le carni alla brace, le pizze fatte troppo in fretta, e si forma anche dal grasso che cola sulla brace incendiandosi. Esso va ad intaccare il fegato che come sappiamo è la ghiandola per eccellenza deputata alla distruzione dei veleni. Insomma è il problema numero uno per gli appassionati della grigliata.
Tuttavia se si fanno le cose per benino, cioè si evita che il fuoco sia troppo vivace e quindi carbonizzi il cibo, se la cottura viene fatta lentamente con continua sorveglianza, possiamo dire che il barbecue può realmente essere una quasi sana fonte di cibo, basta non abusarne, proprio per evitare i veleni che inevitabilmente lo accompagnano.

Ciao e alla prossima

Flavio