La 2° B presenta
TERMOLOGIA
Scuola media A. Manzoni
Anno scolastico 2004-05
LA TERMOLOGIA
La termologia studia il calore
per dare una spiegazione
razionale ai fenomeni legati
alle manifestazioni del
calore, alla sua
generazione, alla sua
propagazione e ai suoi
effetti.
LA TERMOLOGIA
Il calore è una forma di
energia originata
dall’agitazione delle
molecole che compongono la
materia. Come ogni forma
di energia il calore si può
trasformare in altre forme.
Ad esempio il vapore
ottenuto riscaldando
dell’acqua può generare
energia di movimento o
energia cinetica.
Pentola di Papin: l’energia calorica
muove le pale.
FONTI DI CALORE
Le fonti di calore che noi tutti
conosciamo e troviamo in
natura sono il fuoco e il
sole.
Il calore giunge a noi tramite
radiazioni
elettromagnetiche
comunemente chiamate
“raggi infrarossi” che
vengono emesse da ogni
corpo caldo.
TRASMISSIONE DI CALORE
Il calore si trasmette
sempre da un corpo più
caldo ad uno più freddo.
Tutti i corpi trasmettono
calore per irraggiamento.
Nei liquidi e negli
aeriformi si trasmette per
convezione.
Nei solidi (se a contatto)
si trasmette per
conduzione.
COME MISURARE IL CALORE
E per questo che l’uomo
crea uno strumento: il
termometro e inventa una
grandezza, la temperatura
che serve per rendere
oggettiva la sensazione di
caldo e di freddo.
AGITAZIONE TERMICA
Le molecole che compongono
la materia sono in continuo
movimento. Nei solidi le
particelle sono abbastanza
fisse, nei liquidi la libertà di
movimento aumenta e nei gas
raggiunge il suo valore
massimo.
All’ interno di due corpi a
temperatura diversa,
l’agitazione termica è
maggiore nel corpo più caldo.
Per aumentare l’agitazione
termica di un corpo basta
riscaldarlo su una fonte di
calore.
Le particelle si muovono
IL SOLE
Il sole è una stella di
media grandezza che ha la
temperatura di 5800°K.
L’energia sprigionata dal
Sole proviene dalla
trasformazione nucleare
dell’idrogeno in elio che
avviene nel suo nucleo a
una temperatura di 106 °K.
Questa immagine rappresenta la conformazione del
Sole e il nucleo in cui avviene la trasformazione
IL SOLE
Le onde generate dalla
trasformazione, viaggiano
nello spazio e raggiungono i
pianeti sotto forma di onde
elettromagnetiche e, in
particolare, di raggi
infrarossi.
In questa figura possiamo vedere le esplosioni
e gli archi solari
COME MISURARE IL CALORE
L’uomo sa distinguere il freddo
dal caldo, ma non in modo
oggettivo.
Per dimostrarlo, prendiamo tre
contenitori e li riempiamo
d’acqua a diversa
temperatura, una calda, una
tiepida ed una fredda.
Immergiamo le nostre due mani
nelle bacinelle dell’acqua
fredda e calda. Dopo che le
mani si saranno abituate,
immergiamole
simultaneamente nella
bacinella d’acqua tiepida.
Sentiremo che la mano lasciata
nella bacinella fredda sentirà
l’acqua calda, mentre quella
immersa nella ciotola calda
sentirà l’acqua fredda.
IL FUOCO
Che cos'è esattamente il fuoco?
Il fuoco è una reazione chimica
- detta combustione - che
corrisponde all'ossidazione del
carbonio o dei suoi composti a
opera dell'ossigeno contenuto
nell'aria.
La fiamma è la manifestazione
visiva della porzione di spazio
dove questo avviene.
Come tutti i corpi caldi, il fuoco
emette radiazioni
elettromagnetiche e, in
particolare, raggi infrarossi.
LA CALORIA
La quantità di calore si può
misurare con il joule (j) o
con la caloria (cal) che
corrisponde a 4,18 j.
Una caloria è la quantità di
calore necessaria a far
alzare di 1°C un grammo
d’acqua.
È usata molto anche la chilo
caloria (kcal) che equivale a
1.000 calorie.
Gocce d’acqua di 1 cal e 1 kcal
CAMBIAMENTI DI STATO
Le sostanze cambiano stato
fisico a seconda se si
somministra o si toglie del
calore.
Se una sostanza assorbe
calore le sue particelle si
muoveranno.
Se un corpo perde calore si
verifica il procedimento
opposto: il liquido passa a
solido attraverso la
SOLIDIFICAZIONE
CAMBIAMENTO DI STATO
IL vapore invece se passa
allo stato liquido compie la
condensazione
Le molecole dei solidi sono
unite ma a un certo punto
esse non riescono a
rimanere unite e in
posizione fissa e così
iniziano a scorrere le une
sulle altre in modo
disordinato abbiamo così la
FUSIONE cioè il
passaggio tra lo stato
solido a quello liquido
CAMBIAMENTO DI STATO
Riscaldando i liquidi, le
particelle si muoveranno
talmente tanto che si
staccheranno le une dalle
altre, si libereranno nell’aria
e così avviene
L’EVAPORAZIONE, il
passaggio tra lo stato liquido
e lo stato areiforme.
CONDUTTORI E ISOLANTI
Alcuni corpi trasmettono
meglio il calore rispetto ad
altri, ad esempio, il metallo
trasporta il calore molto
meglio del legno.
Una sostanza capace di
trasmettere efficacemente
il calore per “conduzione” è
un conduttore, invece una
sostanza che non trasmette
efficacemente il calore si
chiama “isolante”.
CONDUTTORI E ISOLANTI
Il vetro,la gomma,la carta
secca,la seta,il cotone,le
materie plastiche,il legno
asciutto,l’ebanite..,sono
buoni isolanti.I migliori
conduttori sono i
metalli,in particolare
l’alluminio,l’argento,il
rame,il carbone,i corpi
umidi…
LA CONDUZIONE
Nei solidi, nei liquidi e nei gas
il calore si trasmette per
CONDUZIONE, o
CONTATTO.
Il passaggio di calore si
verifica perché l’energia
contenuta in un corpo
caldo, fa vibrare le
molecole di quel corpo con
un’alta intensità.
LA CONDUZIONE
Il contatto tra il corpo “caldo” e
quello “freddo”(che avviene
spontaneamente) fa si che
l’energia che fa vibrare le
molecole del corpo “caldo” si
trasferisca nelle molecole del
corpo “freddo”, facendo vibrare
anch’esse e producendo così
calore in quel corpo.
Questo passaggio di energia (che
andrà a causare un aumento di
calore) da un corpo all’altro è
chiamato conduzione.
LA CONVEZIONE
Nei fluidi (liquidi e gas) il
calore si trasmette anche
grazie al movimento della
materia di cui sono
costituiti: questo fenomeno
è chiamato CONVEZIONE.
La materia calda si muove
verso l'alto e quella fredda
verso il basso: questi
movimenti si chiamano moti
convettivi.
In questo disegno sono raffigurati i moti
convettivi dell’aria riscaldata da una sorgente
di calore (dal basso)
LA CONVEZIONE
Osserviamo questo
pentolino pieno d’acqua
posto sul fuoco.
I moti convettivi sono
causati dal fatto che
l’acqua riscaldata,
diventando più leggera,
tende a salire verso la
superficie, mentre l’acqua
più fredda in superficie
scende verso il basso,
formando un movimento
circolare. Il fenomeno
terminerà quando tutto il
liquido sarà
omogeneamente caldo.
In questo disegno sono raffigurati i moti
convettivi
dell’acqua riscaldata da una candela (dal basso)
DILATAZIONE TERMICA
Un corpo sottoposto ad un
aumento della temperatura
aumenta di volume, cioè si
dilata a causa della agitazione
termica.
Questo avviene nei solidi, nei
liquidi e negli aeriformi.
DILATAZIONE TERMICA
Quando la temperatura si
abbassa, le molecole rallentano,
il volume si riduce e si dice che
il corpo si contrae
LA DIMINUZIONE DEL
PESO SPECIFICO
Se un corpo viene riscaldato il
suo peso specifico
diminuisce. Questo è
dovuto al fatto che ,
aumentando la
temperatura, aumenta
anche l’agitazione delle
particelle che compongono
il corpo. Ad es. :
considerando un centimetro
cubo di acqua fredda e uno
LA DIMINUZIONE DEL
PESO SPECIFICO
di acqua calda il centimetro
cubo di acqua calda peserà
di meno perché le sue
particelle si agitano di più,
alcune si allontanano.
Tutte si distanziano, e
quindi in quel centimetro
cubo ci saranno meno
particelle.
EFFETTI DEL CALORE
Se riscaldiamo un corpo
notiamo alcuni cambiamenti:
innanzitutto avviene la
dilatazione cioè l’aumento
del volume,
successivamente può
avvenire un cambiamento di
stato.
Inoltre un corpo riscaldato
diventa più leggero perché
diminuisce il suo peso
specifico.
RAGGI INFRAROSSI
Onde
radio
Micro
onde
visibile
Raggi
X
Radiazione
Gamma
Infra
Rosso
Raggi infrarossi Radiazione elettromagnetica di lunghezza d'onda
compresa tra 10-6 e 10-3 m, situata nella regione dello spettro che
si estende dalla banda del visibile a quella delle onde radio; si
manifesta sotto forma di calore.
RAGGI INFRAROSSI
I raggi infrarossi vengono usati in
molti modi, ad esempio:
per controllare il televisore con il
telecomando
• per vedere di notte
• per studiare fenomeni non visibili
• per analisi ambientali
Si misurano gli infrarossi “termici”,
quelli con lunghezza d’onda
maggiore.
Analisi ambientali con il
telerilevamento a raggi
infrarossi
L’EFFETTO SERRA
Fenomeno climatico di
riscaldamento degli
strati inferiori
dell’atmosfera
terrestre, causato
dall’assorbimento della
radiazione infrarossa
emessa dalla Terra da
parte di alcuni gas.
Riveste una importanza
fondamentale per gli
organismi viventi: limita
la dispersione del
calore e determina il
mantenimento di una
temperatura costante
del pianeta.
L’EFFETTO SERRA
Tuttavia, l’immissione in
atmosfera di elevate quantità
di anidride carbonica (CO2) e
altri gas, dovuta alle attività
industriali, ha potenziato
l’effetto serra naturale e sta
determinando un anomalo
aumento della temperatura,
fenomeno noto come
“riscaldamento globale”.
Radiazione elettromagnetica
E’ l’insieme delle onde che
costituiscono lo spettro
elettromagnetico.
Classificando le
radiazioni in base a
frequenze decrescenti o
a lunghezze d'onda
crescenti, troviamo dai
raggi gamma alle onde
radio. L'ordine di
grandezza della
lunghezza d'onda varia
dal miliardesimo di
micrometro al chilometro.
IRRAGGIAMENTO
L’ irraggiamento avviene spontaneamente da un
qualsiasi corpo caldo verso un altro corpo
Tutti i corpi caldi emettono
radiazioni.
Queste radiazioni si propagano
attraverso altri corpi caldi come
aria, acqua o conduttori, ma anche
attraverso il vuoto.
Il calore del sole arriva alla terra
per irraggiamento infatti lo spazio
tra Sole e la Terra è praticamente
vuoto e quindi il calore solare non
può giungere alla Terra né per
conduzione né per convezione,
perché entrambe richiedono la
presenza di materia.
I PANNELLI SOLARI
Il pannello solare è un dispositivo che
sfrutta l’irraggiamento del sole per
scaldare l’acqua.
Esso cattura le radiazioni solari
grazie alla superficie nera, trasmette
per conduzione il calore all’acqua che
scorre all’interno di tubicini che si
trovano sotto alla superficie nera.
L’acqua si riscalda in modo omogeneo
per convezione:fenomeno che
permette il mescolamento continuo
tra acqua più calda ed acqua meno
calda.
LA SCALA CELSIUS
La scala centigrada viene
anche chiamata scala Celsius,
dal cognome del suo
inventore A. Celsius, uno
scienziato svedese del 18°
secolo.
Nella scala centigrada il
ghiaccio fonde a 0° e l’acqua
bolle a 100°.
Questa distanza tra 0 e 100
gradi è divisa in 100 parti
uguali, ognuna di queste
chiamata grado centigrado.
LA SCALA FAHRENHEIT
La scala Fahrenheit prende il nome
da un fisico tedesco. La sua unità di
misura è il grado Fahrenheit ( °F).
In questa scala il ghiaccio fonde a
32 °F e l’acqua bolle a 212 °F.
L’intervallo tra le due temperature
è diviso in 180 parti uguali ognuna
corrispondente a 1 °F.
SCALA KELVIN
Nel sistema internazionale,
l’unità di misura della
temperatura è il kelvin (k),
dal cognome dal fisico
inglese W. Kelvin; che lo
ideò nell’Ottocento (scala
assoluta). Il valore più
basso di questa scala si
chiama zero assoluto e
corrisponde a –273°C.
Nella scala assoluta il
ghiaccio fonde a 273 K e
l’acqua bolle a 373 K.
SCALE
Per misurare la
temperatura si usa il
termometro.
La temperatura si
misura in varie scale, tra
cui la scala Centigrada, la
scala Fahrenheit e la
scala Kelvin.
LA TEMPERATURA
La Temperatura è la grandezza che misura l'agitazione termica
(movimento delle molecole) di un corpo. Se somministriamo la
stessa quantità di calore a due differenti quantità di una stessa
sostanza, non otteniamo lo stesso aumento di temperatura:
quanto più le particelle sono numerose, infatti, tanto minore
sarà la frazione di calore che mediamente riceveranno e quindi
tanto minore sarà la velocità delle singole molecole.
LA TEMPERATURA
Possiamo quindi dire che
l’aumento della
temperatura prodotto in
una sostanza dipende dalla
sua quantità, cioè dalla sua
massa.
L'unità di misura della
temperatura è il grado.
Lo strumento per misurarla
è il termometro.
TERMOMETRO E TARATURA
IL termometro più comune è quello
a mercurio: sul tubicino vengono
segnate le “tacche” con i valori della
temperatura: questa operazione
viene chiamata taratura.
Si pone il termometro nel ghiaccio
fondente e si segna il livello del
mercurio nel tubicino.
Si immerge poi il termometro
nell’acqua bollente e si segna il
nuovo livello del mercurio.
Si divide poi la distanza tra questi
due livelli in parti uguali; ciascuna
parte prede il nome di “grado”.
ZERO ASSOLUTO
Il valore più basso di questa
scala si chiama zero assoluto e
corrisponde a -273° C.
Secondo i fisici, lo zero assoluto
corrisponde alla temperatura più
bassa possibile, il limite al
disotto del quale non si può
scendere perché le molecole
sono assolutamente immobili.
Nella scala assoluta il ghiaccio
fonde a 273 °K e l’acqua bolle a
373 °K.
