TEMPERATURA E CALORE: CAMBIAMENTI DI STATO, TRASFERIMENTO E
TRASFORMAZIONE D’ENERGIA (ADTERM3)
OBIETTIVI E FINALITÀ
Caratterizzare i fenomeni legati ai cambiamenti di stato attraverso gli andamenti dei parametri
calore assorbito, temperatura del sistema, e loro reciproca interazione. Imparare ad inquadrare i
cambiamenti di stato nel modello “conservazione della quantità di calore scambiata” introdotto in
ADTERM1 e ADTERM2. Introduzione del calore latente (di fusione e di ebollizione). Rendere
credibile e gestibile la coesistenza di schemi di "conservazione" del calore trasferito o latente, con
schemi di "produzione" del calore, o di sua "sparizione".
Collegamento al problema generale di conservazione, trasferimento e trasformazione dell'energia.
PROPEDEUTICITÀ
Partecipazione a ADTERM1 e ADTERM2
MATERIALE A DISPOSIZIONE
Materiale usato in ADTERM1 e ADTERM2 più ghiaccio, bilance elettroniche economiche,
frullatori,. apparato dimostrativo per "effetto Joule manuale".
FASI DELL'ATTIVITÀ
In piccolo gruppo: si pone un riscaldatore ad immersione a piccola potenza in una miscela di acqua
e ghiaccio; dopo un certo intervallo di tempo si valuta la quantità di ghiaccio fuso e la quantità di
calore scambiato in quell’intervallo.
Collettivamente si costruisce la tabella della classe con i risultati dei vari gruppi. Si discute sulle
caratteristiche delle fenomenologie di cambiamento di stato (solido - liquido); si introduce il calore
latente per caratterizzare un materiale in relazione ai suoi cambiamenti di stato secondo un modello
ulteriormente allargato di conservazione del calore. A partire dai dati della tabella: si evidenzia
l’invarianza del rapporto fra calore assorbito dalla miscela acqua-ghiaccio (valutato a partire dalla
potenza del riscaldatore e dalla durata dell’esperienza) e la massa di ghiaccio fuso; si stima il valore
del calore latente di fusione.
In piccolo gruppo: si pone un riscaldatore ad immersione a piccola potenza in una certa quantità
d’acqua contenuta in un thermos posto su una bilancia. Si porta l’acqua ad ebollizione; ad intervalli
di tempo regolari si misura la quantità di acqua evaporata (me) e il calore assorbito (Q); dai dati
della tabella si ipotizza la relazione esistente fra Q e me e si costruisce il grafico Q = Q(me); si
valuta Q/me sull’intero intervallo di misura.
Con l’intera classe si riprende il discorso sulle caratteristiche delle fenomenologie di passaggio di
stato (liquido - gassoso); si confrontano i valori ottenuti dai vari gruppi per Q/me sull’intero
intervallo di misura; si introduce il parametro calore latente di ebollizione, e se ne stima il valore. Si
discute sul fatto che il calore latente di ebollizione è maggiore di quello di fusione. Si tentano
interpretazioni e si cercano evidenze quotidiane.
Esperienze di piccolo gruppo o dimostrative (con un frullatore e con un apparato per l’effetto Joule
manuale) sull'equivalenza tra calore e lavoro meccanico.
Collettivamente si discutono i risultati, si introduce il concetto di energia interna, si enuncia il primo
principio della termodinamica.
