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Temperatura e Calore
Per eventuali approfondimenti o chiarimenti contattare
Prof. Vincenzo De Leo – [email protected]
Definizione Operativa Di Temperatura



È possibile associare allo stato termico di un corpo un numero
chiamato tempe-ratura
Questo indice numerico può essere definito descrivendo gli
strumenti che lo misurano
È possibile realizzare tali strumenti sfruttando le proprietà dei
corpi che dipendono dalla temperatura
Temperatura e Calore
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Definizione Operativa Di Temperatura
Temperatura e Calore
GAS
SBARRA

Il volume di un liquido, la pressione di un
gas a volume costante e la lunghezza di una
sbarra sono tutte proprietà dei corpi che
dipendono dalla temperatura
Gli strumenti che le utilizzano sono detti
termometri
LIQUIDO

3
Definizione Operativa Di Temperatura

Il principio che permette la misura è che due
corpi a diverso stato termico (e quindi a diversa
temperatura) messi a contatto raggiungono in un
certo intervallo di tempo uno stato di equilibrio
detto equilibrio termico (Principio Zero Della
Termodinamica)
30 oC 34
35 oC
30
31
32
33
35 oC40 oC
40
39
38
37
36
Temperatura e Calore
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Scale Termometriche

Termometro a liquido:


Il volume del liquido e quindi la lunghezza della
colonna liquida nel capillare varia con la
temperatura
dello
strumento
in
modo
direttamente proporzionale (in prima approssimazione)
La taratura dello strumento viene
fatta stabilendo due temperature
fisse di riferimento
Temperatura e Calore
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Scale Termometriche
Nella scala Celsius (o cen-tigrada)
si assegna il valore di 0 oC alla
prima e di 100 oC alla seconda
Temperatura e Calore
100 oC
Mercurio

Per consuetudine si considerano le tem-perature
del ghiaccio fondente e dei vapori di acqua
bollente alla pressione di 1 atm
Mercurio

0 oC
6
Scale Termometriche

Scale Réamur e Fahrenheit:

180 parti
212 oF
80 parti
80 oR
100 parti
Mercurio
100 oC
0 oC
0 oR
32 oF
Relazione tra le diverse scale:
C
R F  32


100 80
180
Temperatura e Calore
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Richiami Sulle Leggi Dei Gas: Legge Di Boyle,
Leggi Di Gay-Lussac, Equazione Di Stato



A differenza dei liquidi i gas sono
facilmente comprimibili
Fissata la temperatura, il loro volume
dipende dalla pressione agente
La relazione tra volume e pressione è
espressa dalla legge di Boyle:
P (atm)
25
20
PV  costante
(per T  costante )
15
10
Isoterma
V (cm3)
5
0
Temperatura e Calore
0
5
10
8
15
Richiami Sulle Leggi Dei Gas: Legge Di Boyle,
Leggi Di Gay-Lussac, Equazione Di Stato
Nel 1661 Robert Boyle pubblicò il suo famoso
libro The sceptical chymist (Il chimico scettico)
che è stato, forse, il primo libro di chimica. Boyle
dimostrò che non c'erano prove sperimentali a
sostegno
delle
idee di Aristotele
consideravache considerava
sperimentali
a sostegno
delle ideeche
di Aristotele
ogni
materia formata
formata dadaterra,
terra,aria,
aria,
fuoco
e
ogni materia
fuoco
e acqua
(le quattro
acqua
quattro
sostanze
alloraPer
ritenute
sostanze(leallora
ritenute
elementari).
Boyle la materia era
elementari).
formata da particelle e tutte le sostanze erano costituite da
atomi
diversi.
Il
suo
modello
della
materia
era
sorprendentemente simile a quello oggi accettato dalla comunità
scientifica. Bisognò attendere quasi cinquant’anni perché quelle
idee rivoluzionarie potessero avere diritto di cittadinanza. Boyle
contribuì in maniera decisiva allo sviluppo della scienza.
Temperatura e Calore
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Richiami Sulle Leggi Dei Gas: Legge Di Boyle,
Leggi Di Gay-Lussac, Equazione Di Stato
Al variare della temperatura, l’andamen-to della
pressione a volume costante e del volume a
pressione costante è defi-nito dalle leggi di GayLussac

VT  V0 (1  T )

PT  P0 (1  T )
P (atm)
25
(per P  costante ) 
1 
 

(per V  costante ) 
273 
25
20
P (atm)
20
Isobara
15
15
10
Isocora
10
V (cm3)
5
0
V (cm3)
5
0
0
5
10
15
Temperatura e Calore0
5
10
15
10
Richiami Sulle Leggi Dei Gas: Legge Di Boyle,
Leggi Di Gay-Lussac, Equazione Di Stato


Un gas che soddisfa sia la legge di Boyle che le
leggi di Gay-Lussac si dice gas perfetto
P0,V0,0 oC  P, V, T
V '  V0 (1  T )
P0V '  PV
P (atm)
PV  P0V0 (1  T )
25
20
Isobara P0, V ’, T
15
10
Equazione di
Stato dei Gas
Perfetti
P0, V0, 0 oC
5
P, V, T
0
0
5
10
Temperatura e Calore
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V (cm3)
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Temperatura Assoluta

Dalla legge di Gay-Lussac:
PT  P0 (1  T )
(per V  costante )
P (atm)
1,366
1
T (oC)
- 273,2

0
100
-273,2 oC = Zero Assoluto
Temperatura e Calore
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Temperatura Assoluta

Mantenendo immutato l’intervallo di
1
grado e spostando lo zero centigrado a 273,2 oC si ottiene una nuova scala detta
scala assoluta o scala Kelvin, la cui
relazione con la scala centigrada è data da:
T ( K )  T (C )  273
Temperatura e Calore
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Temperatura Assoluta


Per definizione, un Kelvin è 1/273,16 della
temperatura del punto triplo dell’acqua
Utilizzando la scala Kelvin le equazioni di
Gay-Lussac diventano più semplici:
PT  P0 (1  T )
PT T

P0 T0
(per V  costante )
(per V  costante, T0  273 K )
Temperatura e Calore
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Temperatura Assoluta

Anche l’equazione di stato dei gas per-fetti
assume una nuova forma utilizzan-do la scala di
temperature assolute:
1

T  273
PV  P0V0 1 
 273


P0V0
PV 
T
273
La parte costante dell’equazione viene indicata
l  atm
J
con R e si ha:
R  0,0821
 8,31
K  mole


Dunque per una mole di gas si ha:
Per n moli:
PV  nRT
Temperatura e Calore
K  mole
PV  RT
Equazione di Stato dei
Gas Perfetti nella scala
di temperature assolute
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Legge Fondamentale Della Calorimetria



Abbiamo visto che, per il principio zero della
termodinamica, due corpi a tempe-rature Ta > Tb
assumono nel tempo una temperatura T
intermedia tra le due
Fra i due corpi è stata dunque scambiata una
certa quantità di calore
Essa è misurabile tramite un calorimetro
Temperatura e Calore
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Legge Fondamentale Della Calorimetria

Calorimetro di Bunsen
Temperatura e Calore
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Legge Fondamentale Della Calorimetria

Sperimentalmente si osserva che:



La quantità di calore ceduta da un corpo aumenta
all’aumentare della sua temperatura
Due corpi della stessa sostanza mantenuti alla stessa
temperatura cedono due diverse quantità di calore se
hanno massa diversa; in particolare ne cede di più quello
di massa maggiore
A parità di condizioni, la quantità di calore ceduta da un
corpo dipende dalla natura del corpo
Q  mct
Temperatura e Calore
Legge fondamentale
della Calorimetria
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Calore Specifico

Dalla legge fondamentale della calorimetria si ricava che:
Q
c
mt

Calore
Specifico
 cal 


 g C 
Non ha senso parlare di calore specifico di
un corpo se non sono precisate le condizioni
sotto cui lo riscaldiamo o raffreddiamo
Temperatura e Calore
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Calore Specifico



Di conseguenza si considerano solo i calori
specifici a pressione costante (cp) e a volume
costante (cv)
Per i liquidi e i solidi cp ≈ cv
Nei gas cp ≠ cv
Temperatura e Calore
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Unità Di Misura Della Quantità Di Calore


Siccome il calore è una forma di energia la
sua unità di misura può essere la stessa
dell’energia meccanica, cioè Joule o erg
In origine era la caloria (cal), definita come
la quantità di calore che si deve fornire alla
massa di 1g di acqua per elevare la sua
temperatura da 14.5 oC a 15.5 oC
Temperatura e Calore
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