Importanza della temperatura
La temperatura è un parametro utile alla
descrizione delle proprietà dei materiali,
solidi, liquidi o gassosi.
La temperatura e l’umidità permettono di
descrivere l’ambiente in cui può trovarsi
un’opera d’arte e gli effetti indotti su di
essa.
Le nuove tecnologie disponibili permettono di osservare e studiare il
comportamento termico di edifici e opere d’arte in modo non invasivo
La Temperatura
La temperatura descrive lo stato di
caldo o di freddo di un corpo.
La nostra sensibilità
è soggettiva.
Servono sistemi che abbiano delle
proprietà sensibili a T e misurabili.
La dilatazione dei solidi e dei liquidi in
funzione della temperatura.
Tali sistemi sono detti TERMOMETRI
Taratura del termometro
Il termometro deve fornire un’informazione numerica
dello stato di caldo o freddo: misura.
Si utilizza acqua e ghiaccio, si inserisce il
termometro nel contenitore e al livello del
liquido si marca un segno.
Vi si attribuisce il valore 0.
Poi si immerge in un contenitore, dove si trova
acqua in ebollizione, il liquido si dilata e
raggiungerà un livello superiore .
Vi si attribuisce il valore 100.
Scale
Termometriche
Per motivi storici esistono varie scale termometriche, le prime due,
più diffuse, risultano di interesse per chi viaggia o scambia opere
d’arte, la terza di interesse fisico:
Congelamento
Scala Celsius
(1742)
Scala Fahrenheit
(1724)
Scala Kelvin
o assoluta (1847)
Ebollizione
Divisioni
0oC
100 o C
100
32 o F
212 o F
180
273.15 K
373.15 K
100
Conversioni di Temperatura
Le altezze del liquido
coincidono, il valore
attribuito cambia:
h1 celsius
h 0 Celsius
h1 Fahrenheit h1 Kelvin ,
ma anche
h 0 Fahrenheit h o Kelvin .
Possiamo dividere entrambi :
h1
h1
h1
h 0 Celsius h 0 Fahrenheit h 0 Kelvin
Caso turistico-artistico:
h1
h1
,
h0 Celsius h0 Fahrenheit
tC 0
t F 32
,
100 0 212 32
tC
t F 32
:
100
180
5
tc t F 32
9
Per le proprietà fisiche:
h1
h1
,
h0 Celsius h0 Kelvin
tC 0
t K 273.15
,
100 0 373.15 273.15
tC
t K 273.15
:
100
100
tc tk 273.15
Misura del calore
Unità di misura del calore kilocaloria (kcal).
Quantità di calore necessaria per aumentare di 1 oC,
da 14.5 oC a 15.5 oC un kg di acqua.
Sistema Britannico British Thermal Unit (Btu)
Quantità di calore necessaria per aumentare di 1 oF, da
58.5 oF a 59.5 oF una lb di acqua.
1 Btu = 0. 253 kcal.
Equivalente meccanico (energia in Joule).
1 kcal = 1000 cal = 4186 J
1 Btu = 778 lbf ft =1055 J.
Il calore si trasmette da un corpo a T maggiore a quello a
T minore, finché i due corpi non raggiungono l’equilibrio
Equilibrio Termico.
Legge zero della termodinamica:
se due sistemi A e B sono in equilibrio con un terzo sistema C,
allora A e B sono in equilibrio tra loro.
Grazie a questa legge possiamo definire lo stato termico di un
sistema mediante la Temperatura e quindi mediante l’utilizzo di
termometri.
Calore (Q)
Si utilizza una sorgente di calore costante,
all’aumentare della quantità di materia
da scaldare aumenta in tempo necessario per avere
la stessa temperatura finale
Q m per avere lo stessoΔt
Con un altro materiale vedremmo che i tempo richiesto sarà
diverso (Q diversi) per ottenere lo stesso Dt.
Questa proprietà peculiare di ogni materiale è detta calore specifico c
Q m c Dt
Il calore ceduto o assorbito da un corpo di massa m è proporzionale
alla variazione di Temperatura alla massa ed al calore specifico
Calore specifico (c)
Tutte le palline
sono alla stessa temperatura.
t 100 C
Sostanza
kcal/(kg oC)
J/(kg oC)
Acqua
1,000
4186
Alluminio
0.215
900.0
Ferro
0.108
452.1
Ghiaccio
0.500
2093
Ottone
0.094
393.5
Vapore acqueo
0.481
2013
piombo
0.031
129.8
vetro
0.20
837.2
Vengono collocate sulla
paraffina e per materiali
diversi si avranno
penetrazioni diverse del blocco
di paraffina nonostante siano
alla stessa temperatura.
Q mcDt
c
Q
,
mDt
Termometri
Termometri a liquido: mercurio (da -38.9 oC a 360 oC).
Basse T Alcool colorato ( -80 oC) … pentano …
Termometri di massima: strozzatura nel bulbo.
e minima.
Termometri metallici
Termometri a resistenza elettrica. Platinum resistor 100 PTR 100
Coppie termoelettrice. TC K, T
Termometri ottici rivelatori di infrarosso
Taratura dei termometri
T di ebollizione
T di fusione
L f 79.7 kcal/kg
Q f Lf m
Le 539 kcal/kg
Qe Le m
Calore latente di fusione
raffr. solidificazione
Calore latente di evaporazione
raffr. condensazione
T
aumenta
Taratura di TC in classe
Sono stati utilizzati due multimetri (uno economico ed uno professionale)
equipaggiati per la misura di Termocoppie di tipo K, abbiamo calibrato quattro
termocoppie etichettate A, B, C e D.
La seconda e terza colonna sono relative al multimetro economico, la quinta e la
sesta sono relative al multimetro professionale.
Tester Economico
Tester Professionale
TC tipo K
T fusione
Ghiaccio
T ebollizioe
Acqua
T
classe
T fusione del
ghiaccio
T ebollizioe
Acqua
T
Classe
A Maurizio
2
100
27
3
100
24
B
1
99
24
2
100
25
C Clara
2
100
24
2
100
24
D Francesca
2/3
100
22/23
4
100
20
Taratura del 23 febbraio 2006
Temperatura : materia e movimento
La più semplice struttura di
un solido può essere
rappresentata come in
figura.
Più alta è la T del solido maggiore è la
vibrazione delle molecole.
La temperatura di un corpo è indice
dell’energia di movimento (cinetica) del corpo
stesso.
Dobbiamo quindi approfondire alcuni concetti basilari.
Energia e calore
Per capire il concetto di energia ci rivolgiamo ai nostri
divertimenti.
L’energia descrive la capacità di un corpo di compiere
lavoro.
Energia meccanica: cinetica e potenziale
Massima energia Potenziale
Massima Energia Cinetica
Il punto D può essere
raggiunto fornendo ulteriore
energia dall’estero (Lavoro).
Altrimenti si raggiungerà solo
il livello iniziale (linea verde).
Forza e lavoro
d
Applico una forza F lungo la direzione del
moto, aumenterà la velocità (auto in
accelerazione a > 0). v 2f vi2 2ad
v 2f vi2 2ad 0
d
Applico una forza F che si oppone al
moto, diminuirà la velocità (auto in
accelerazione a < 0).
v 2f vi2 2ad 0
F ma
mv 2f mvi2 2mad
1 2 1 2
mv f mvi F d
2
2
L F d DEk
Teorema dell’energia cinetica
Quanto maggiore è il dislivello più veloce sarà la navicella.
1
Energia Cinetica E k mv 2
2
h
Fg mg
Fg
h
Fg
h
L Forza spostamento mg h
L Forza spostament o - mg h
Per cambiare le condizioni del sistema devo fare del lavoro
dall’esterno contro la forza di gravità per portare il peso in quota.
Lasciando cadere il corpo il lavoro fatto viene restituito sotto forma
di energia cinetica, ora è la forza di gravità a fare lavoro.
Energia potenziale
Per le forze di tipo conservativo posso definire
una funzione che dipenda solo dalla posizione tale che
mi dia il lavoro fatto dalla forza.
L - DE p
Questa energia è detta energia potenziale.
Ovvero potenzialità a compiere lavoro.
In
L F d DEk
Si riscriva il lavoro fatto da forze conservative L - DE p si ha:
L DEk DE p DEk
0 DEk DE p
Principio di conservazione
dell’energia meccanica
L DEk
L L(forze conservati ve) L(altre forze)
L forze conservati ve DE p L(altre forze) DE p DEk
Nel caso in cui non agiscano altre forze si ha:
DE p DEk 0
EM Ek Ep
L’ Energia Meccanica si
conserva.
