Dal calore …
l’energia
Una ricerca della
1^ B
della Scuola
Secondaria di
1^ grado
di Castelveccana
La materia è tutto ciò che viene percepito dai
nostri sensi, ha una massa e quindi un peso e
occupa un volume.
Come …
Un libro
Un albero
La materia è formata da molecole
La luce, il calore sono percepiti dai nostri sensi
ma non hanno un peso e un volume.
Che cosa sono?
… ENERGIA
Energia deriva da parola greca che significa
attività
Il termine energia nella nostra vita
lo incontriamo tante volte.
Quante volte ci sarà capitato di
sentire frasi di questo tipo …
WOW! OGGI SEI PIENO D’ ENERGIA
L’ENERGIA ELETTRICA COSTA TANTO
L’energia è la forza che fa muovere le cose.
L’energia si può presentare in forme diverse.
Il calore è una forma di energia.
Spesso scambiamo il termine calore
con quello di temperatura.
In realtà calore e temperatura sono
grandezze diverse.
Ecco un esperimento che ci aiuta a
capirlo.
MATERIALE
-Un treppiedi
-una retina spargifiamma
-una beuta
-un cilindro graduato
-una candela
-acqua
-un termometro
-fiammiferi
PROCEDIMENTO
Versare in una beuta 50 ml d’acqua e immergervi un
termometro per misurare la temperatura dell’acqua.
Mettere la beuta sopra alla retina spargifiamma
posizionata sul treppiedi. Sotto alla retina accendere
la candela.
Dopo 2 minuti togliere il termometro dalla beuta e
controllare la temperatura.
Ripetere il tutto versando però nella beuta 100 ml
d’acqua.
La prima fase dell’esperimento (50 ml di acqua)
La seconda fase (100 ml di acqua)
OSSERVAZIONI
Nel recipiente contenente 50 ml d’acqua la
temperatura è salita di 3°C, invece in quello con 100 ml
di acqua la temperatura è aumentata solo di 1°C.
CONCLUSIONI
Il calore fornito e il tempo sono gli stessi, ma la quantità
d’acqua è diversa.
Dove la massa di acqua è minore la temperatura aumenta
più rapidamente. Le molecole dell’acqua in questo caso
ricevono una quantità di calore doppia rispetto a quelle, più
numerose, del secondo recipiente per cui si muovono molto
più velocemente. Questo determina l’aumento maggiore di
temperatura.
Una parte della fisica è la termodinamica.
La parola termodinamica significa calore in movimento
Le leggi della termodinamica spiegano che cosa fa il calore
e come è collegato alle altre forme di energia.
Energia elettrica
Energia
nucleare
Energia chimica
Energia luminosa
Calore
Energia del movimento
1° legge termodinamica = l’energia non si crea né si distrugge
Il calore può produrre movimento e viceversa il movimento
produrre calore.
Chi lo ha scoperto?
Julius Robert von Mayer e James Joule nell’Ottocento.
LA STORIA DI MAYER
Nel 1840 i medici, tra cui Mayer, ritenevano che il modo
migliore di curare una malattia consistesse nel drenare il
sangue dalle vene dei loro pazienti mediante i salassi. Ma
quando, trovandosi a Giava, in Indonesia, ]ulius Mayer tentò
di applicare questa tecnica, scoprì che il sangue dei pazienti
era di color rosso brillante anche nelle vene, dove di solito è
rosso scuro.
Il fatto di vedere il sangue così brillante gli diede da pensare.
1) Il sangue rosso brillante contiene ossigeno e l’organismo ha bisogno di
ossigeno per vivere: ecco perché respiriamo!
2) Il sangue nelle vene è rosso chiaro perché contiene ossigeno. Dal
momento che le vene hanno la funzione di portare il sangue di ritorno dai
tessuti, ciò significa che il corpo delle persone che vivono a Giava usa
meno ossigeno del solito.
3) l'organismo usa l' ossigeno per produrre calore; ma se l'ambiente
esterno è caldo il corpo ha meno bisogno di calore e perciò usa meno
ossigeno che quindi si trova anche nel sangue venoso.
Inoltre secondo Mayer l’organismo per produrre calore ha bisogno di cibo
oltre all’ossigeno.
Perciò l'energia passa da una forma all'altra: l'energia del cibo si trasforma
in calore e movimento.
Mayer aveva ragione; aveva scoperto in che modo il sangue usa energia e
aveva intuito la Prima Legge della Termodinamica.
Però nessuno credeva a Mayer perchè non c'erano esperimenti a provare
la sua teoria.
Tra gli scienziati rivali di Mayer c’era un inglese, James Joule.
Joule, misurando la temperatura dell’acqua mescolata in
continuazione da una pala, scoprì che l'energia poteva trasformarsi
in calore.
Oggi l'energia si misura in joule (1 joule= energia per sollevare un
oggetto di un metro).
Tornando a Mayer, si sposò ed ebbe sette figli, cinque dei quali
morirono presto per malattie.
In Germania scoppiò la rivoluzione e Mayer fu imprigionato per
essersi opposto ad essa.
Dopo poco fu rilasciato ma litigò con il fratello.
Era sempre più demoralizzato per non avere successo in ambito
scientifico, tentò anche il suicidio.
La sua famiglia, credendo che fosse matto, lo fece rinchiudere in un
ospedale psichiatrico.
Molti anni più tardi gli scienziati si accorsero che la teoria di Mayer
era esatta, ma ormai era molto anziano quando la Royal Society gli
conferì la medaglia d'oro.
Ecco degli esempi in cui il movimento produce calore:
Sfregare le mani
Saltare la corda
Sole
Correre
Fare uno sport
2° legge termodinamica = il calore passa sempre da un corpo caldo a uno freddo
La 2° legge della termodinamica ha una grande importanza.
Prendiamo, per esempio, una tazza di tè caldo. La seconda legge della
termodinamica ci dice che la nostra tazza di tè sta disperdendo energia sotto forma
di calore. Dopo un po’ il nostro tè sarà freddo.
L’unico modo per avere il tè caldo è riscaldarlo cioè fornire altra energia sotto forma
di calore.
Lo stesso vale per il nostro corpo e per tutto ciò che c’è nell’universo!
LA TRASMISSIONE DEL CALORE
La trasmissione del
calore da un corpo
caldo a uno meno
caldo può avvenire in
tre modi:
per conduzione,
convezione o
irraggiamento.
1) Conduzione
Le molecole del corpo caldo, muovendosi molto, urtano
quelle del corpo freddo aumentando il loro movimento e
quindi determinando l’aumento di temperatura del corpo.
2) Convezione
È la trasmissione di calore
nei liquidi e nei gas.
L’acqua riscaldata si dilata
e diventa meno densa.
Essendo più leggera, sale
verso l’alto e spinge
verso il basso quella più
fredda. Si creano così
delle correnti dette
correnti convettive.
3) Irraggiamento
Si chiama irraggiamento il
meccanismo di
propagazione del calore
mediante l’emissione dei
raggi infrarossi.
L’ irraggiamento può
avvenire anche nel vuoto
infatti le radiazioni
infrarosse prodotte dal
Sole attraversano lo
spazio e raggiungono la
Terra riscaldandola.
Il calore è importante ma attenti però il troppo
calore fa male. Il corpo suda perdendo acqua e si
surriscalda, le sostanze chimiche che lo compongono
iniziano a disgregarsi. E’ il …
COLPO DI CALORE
Il colpo di calore può provocare:
febbre, vomito, mal di testa, pelle secca,
confusione mentale.
In casi estremi la morte.
Perciò attenzione!
Quando vai a fare una passeggiata sotto il sole
potresti prenderti un colpo di calore.
La cura consiste nel riposarsi in un luogo fresco e
bere tanto.
3° legge termodinamica: non si può scendere sotto i
meno 273°C (lo zero assoluto).
A quella temperatura gli atomi non si muovono più.
Ma sulla Terra a quelle temperature non si arriva. Tra
le temperature più basse registrate ci sono i
-89,2 °C registrati in una base russa dell’Antartide nel
1983. A quella temperatura, gettando in aria del tè
caldo questo si trasforma in ghiaccio prima di toccare
il suolo.
Attenti al freddo
Gli effetti del freddo sul nostro corpo sono il congelamento e l’assideramento.
Il congelamento interessa singole parti del corpo, di solito mani e piedi. Si ha
quando si sta a lungo a contatto con corpi molto freddi come per esempio la
neve. I capillari sanguigni sotto la pelle si chiudono per trattenere il calore nel
corpo, le terminazioni nervose non funzionano più così la parte colpita si
intorpidisce.
Si deve portare l’infortunato in un luogo caldo, massaggiare l’arto per riattivare la
circolazione e immergerlo in acqua calda.
L’assideramento è il raffreddamento dell’intero corpo. I sintomi sono debolezza,
difficoltà nel muovere gli arti e sonnolenza. Se non si interviene in tempo si può
avere perdita di conoscenza e morte.
La principale fonte di energia della Terra è il Sole.
E’ il Sole che permette il ciclo dell’acqua.
Il ciclo dell’acqua
1) L’evaporazione dell’acqua di mari,
laghi, … è causata dal Sole
2) Il vapore acqueo sale nell’aria e si condensa
formando le nuvole
3) Dalle nubi l’acqua ritorna sulla Terra mediante le
precipitazioni. Una parte di quest’acqua viene assorbita dal
terreno e va a formare le falde acquifere, una parte torna nei
mari, nei laghi, nei fiumi … e il ciclo ricomincia
E’ sempre il Sole che permette la
fotosintesi clorofilliana
Nella fotosintesi clorofilliana l'uso dell'energia
"presa" dal Sole è molto importante: grazie ad
essa la pianta, attraverso delle reazioni chimiche,
produce il suo nutrimento e forma ossigeno per
tutti gli esseri viventi.
Le piante per la fotosintesi clorofilliana utilizzano,
oltre all’energia solare, anidride carbonica e
acqua.
Riferimenti:
N. Arnold, Brutte Scienze, Milano, Salani, 2003
T. Durante – G. Moreno – E. Totaro Aloj, Firenze, Le Monnier, 1985
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