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 = (h1 )Fahrenheit = (h1 )Kelvin ,
ma anche
(h 0 )Celsius = (h 0 )Fahrenheit = (ho )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 − 32
= F
,
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 = t k − 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 stesso ∆t
Con un altro materiale vedremmo che i tempo richiesto sarà
diverso (Q diversi) per ottenere lo stesso ∆t.
Questa proprietà peculiare di ogni materiale è detta calore specifico c
Q = m ⋅ c ⋅ ∆t
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 oC
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 = mc∆t
c=
Q
,
m∆t
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 = L e ⋅ m
Calore latente di fusione
raffr. solidificazione
Calore latente di evaporazione
raffr. condensazione
T
aumenta
Equivalenza tra calore e lavoro
ESPERIMENTO DI
JOULE (1843)
µπεσο
Calore e lavoro
meccanico sono due
forme di ENERGIA
∆η
I° principio della termodinamica:
Esiste una funzione energia interna
(funzione di stato
stato)) ∆U
Q = ∆U + W
(corrisponde al principio di conservazione dell'energia)
L’energia si conserva: si trasforma da una
forma ad un’altra, ma la somma
dell’energia nelle varie forme rimane
costante.
