Termologia (12h)
annuncio pubblicitario
Termologia (12h) CAP 11 GAS E LIQUIDI IN EQUILIBRIO la densità. La pressione. La pressione nei liquidi. La presssione nei liquidi dovuta all forza-peso. I vasi comunicanti. La spinta di Archimede (senza dimostrazione). La pressione atmosferica. La misura della pressione atmosferica. I barometri. (1h) CAP 2 LA TEMPERATURA Il termoscopio. Il termometro. La dilatazione termica lineare. La dilatazione termica nei gas. CAP 3 IL GAS PERFETTO La legge di Boyle e le leggi di Gay-Lussac. Il gas perfetto. L'equazione di stato del gas perfetto (senza dimostrazione).CAP 4 LA TEORIA CINETICA DEI GAS. L'energia interna. Gas perfetto e gas reale. Principio di equipartizione dell'energia.(3h) CAP 5 IL CALORE. La trasmissione di energia mediante il calore e il lavoro. Relazione fondamentale della calorimetria. La propagazione del calore: la conduzione, la convezione e l'irraggiamento.CAP 6 I CAMBIAMENTI DI STATO. Cenni ai passaggi di stato. Grafico dell'andamento della temperatura al passare del tempo durante i passaggi di stato. Calore latente di fusione. Analisi del diagramma delle fasi: differenza tra gas e vapore.(3h) CAP 7 IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA. I principi della termodinamica. I sistemi termodinamici. L'equilibrio termodinamico. Le trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni reali e trasformazioni quasistatiche. L'energia interna di un sistema termodinamico. Il lavoro meccanico compiuto da un sistema termodinamico. Il primo principio della termodinamica. Applicazioni del primo principio della termodinamica: trasformazioni isocore e isobare. Applicazioni del primo principio della termodinamica: trasformazioni adiabatiche e cicliche.(3h) CAP 8 IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA. La macchina termica. Gli enunciati di Lord Kelvin e di Clausius del secondo principio della termodinamica. Equivalenza dei due enunciati (senza dimostrazione). Il rendimento di una macchina termica. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Il teorema di Carnot. Il ciclo di Carnot. Il rendimento delle macchine termiche che lavorano tra due temperature. Il motore dell'automobile. Il frigorifero. (3h) LAB 1 "La pressione atmosferica" Primo Volume cap 11 pag. M228/M245 Forza-peso (P) La forza-peso (o peso) che agisce su un corpo di massa inerziale m è data da P MLT 2 peso massa accelerazi onedigravità P mg 1N 1kgm / s 2 Densità () È definita come la massa m di un corpo divisa per il volume V che occupa: massa m ML3 kg / m 3 Volume V Pressione (p) La pressione è una grandezza scalare ed è definita come il rapporto tra la componente perpendicolare della forza agente su di una superficie e la superficie stessa: densità pressione forza Superficie "Principio di Pascal" Afferma che la pressione che viene esercitata su una superficie qualsiasi di un liquido si trasmette con la stessa intensità su ogni altra superficie a contattato con il liquido, indipendentemente da come questo è orientato. p F S p ML1T 2 1Pa 1N / m 2 "Legge di Stevino " La pressione alla profondità h dovuta solamente al peso del liquido, nota come pressione idrostatica, è direttamente proporzionale alla densità del liquido, alla profondità e all'accelerazione di gravità: p=gh per calcolare la pressione totale pt alla profondità h, è necessario aggiungere alla pressione idrostatica il valore p0 della pressione atmosferica agente sulla superficie libera del fluido pt = p0+gh Pressione esercitata da un pistone su l liquido contenuto in un recipiente. Vasi comunicanti Torchio idraulico Freni idraulici Acquedotto Paradosso idrostatico La pressione atmosferica È la pressione esercitata dal peso dell'atmosfera che ci sovrasta. Composizione e struttura dell'atmosfera pag. 455 libro di geografia. pascal "Principio di Archimede" Un corpo, immerso in un fluido in equilibrio, subisce una spinta diretta dal basso verso l'alto uguale al peso del liquido spostato. Galleggiamento: plastilina Bilancia idrostatica Baroscopio Navi Sommergibili PPC volume A pag. 9-4 Pompa per tirare l'acqua da un pozzo Galileo (Discorsi intorno a due nuove scienze). "Uno stantuffo S score dentro un cilindro, la cui base inferiore, aperta, pesca nell'acqua del pozzo. Se lo stantuffo è inizialmente immerso nell'acqua, quando viene sollevato l'acqua lo segue come se ne venisse attratta. Gli scienziati aristotelici interpretavano questo fenomeno supponendo che la natura avesse "orrore del vuoto". In altre parole, se l'acqua non seguisse lo stantuffo si creerebbe un vuoto tra stantuffo e l'acqua: ciò è impossibile per la meccanica aristotelica in cui il vuoto non può esistere, quindi l'acqua sale. Galileo avanza dubbi su questa spiegazione e sottolinea il fatto che la pompa cessa di funzionare quando l'altezza dello stantuffo sul livello dell'acqua supera i dieci metri: l'acqua non sale più, qualunque sia il tipo di pompa adoperata. Il problema fu risolto grazie agli esperimenti di un discepolo di Galileo, Evangelista Torricelli, e di vari altri scienziati come Guericke, Pascal e Boyle. L'acqua non è attratta dallo stantuffo o dall'orrore del vuoto", ma è spinta verso l'alto dalla pressione che l'atmosfera esercita sulla superficie libera dell'acqua del pozzo . Torricelli riprodusse il fenomeno descritto da Galileo su scala più piccola, utilizzando un liquido più pesante dell'acqua , il mercurio. Egli prese una vaschetta contenete mercurio e vi capovolse un tubo contenente mercurio e chiuso a un'estremità. Poiché il mercurio pesa 13,6 volte più dell'acqua, dobbiamo aspettarci , se la spiegazione è giusta, che la pressione atmosferica riesca a sostenere una colonna di mercurio 13,6 volte più corta di quella dell'acqua, perciò ci aspettiamo che l'altezza della colonna di mercurio sia 10m h 76cm 13,6 Torricelli usò un tubo lungo circa un metro, il mercurio scese effettivamente fino a un'altezza di circa 76 cm e li si arrestò. Lo strumento così costruito permette di misurare la pressione atmosferica, che cambia a seconda dell'altezza sul livello del mare e delle condizioni meteorologiche: esso prende il nome di "barometro" ". Versare dell'acqua in una bottiglia. Capovolgere un bicchiere pieno d'acqua. Aspirare l'aria da una scatola Emisferi di Magdeburgo Barometro Esperienza di Torricelli CAP 11 GAS E LIQUIDI IN EQUILIBRIO La densità. La pressione. La pressione nei liquidi. La pressione nei liquidi dovuta all forza-peso. I vasi comunicanti. La spinta di Archimede. La pressione atmosferica. L a misura della pressione atmosferica. I barometri. LAB 2 "La temperatura" Secondo Volume cap 2 pag. T20/T31 Temperatura Definizione operativa: la temperatura è quella grandezza fisica che si misura mediante un termometro. La temperatura è una grandezza scalare. Nel sistema internazionale la temperatura è una grandezza fondamentale e l'unità di misura è il grado Kelvin (K). Termometro Il termomtero a liquido è costituito da un bulbo di vetro contenente un liquido; in genere si utilizza il mercurio, perchè, come notò per la prima volta Gabriel Daniel Fahrenheit, vetraio di Danzica, esso rimane liquido alle più basse e alle più alte temperature dell'inverno e dell'estate. Il bulbo è direttamente conesso con un tubo capillare che viene chiuso all'altro estremo dopo aver estratto l'aria. L'altezza l del mercurio dipende dalla temperatura. Taratura di termometro La taratura di un termometro dipende da: Punti fissi: in natura si hanno temperature fisse nei cambiamenti di stato. Dilatazione termica: “qualsiasi” corpo riscaldato si dilata. Equilibrio termico o principio zero della termodinamica: due corpi posti in contatto, dopo un certo intervallo di tempo, si portano alla stessa temperatura.. Scale termometriche Scala centrigrada o scala Celsius: un grado celsius è ugule alla centesima parte della colonna di mercurio compresa tra i punti 0 (punto di fusione del ghiaccio) e 100 (punto di ebollizione dell'acqua) . Scala Réaumur: un grado nella scala Réaumur è l'ottantesima parte della colonna di mercurio compresa tra i punti 0 (punto di fusione del ghiaccio) e 80 (punto di ebollizione dell'acqua) Scala Fahrenheit: un grado della scala Fahrenheit è la centottantesima parte della colanna di mercurio compresa tra i punti 32 (punto di fusione del ghiaccio) e 212(punto di ebollizione dell'acqua). Conversine delle scale termometriche tC t R 100 80 tC t 32 F 100 180 t K t C 273 t C t K 273 GRADI KELVIN. I gradi Kelvin (K) sono gradi centigradi, come i gradi Celsius, ma si pone ugule a zero la temperatura di -273,15 °C, quidi la tempratura di solidificazione dell'acqua corrisponde a 273,15 K, mentre la temperatura di ebollizione dell'acqua corrisponde a 373,15 K. Termometri a massima Un termometro a massima può essere realizzato introducendo nel capillare di un termometro a mercurio un cilindretto di ferro. Quando il mercurio si dilata il cilindretto sale mentre quando il mercurio si contrae rimane nella posizione raggiunta. Un altro modo di realizzare un termometro a massima e quello di costruire il capillare con una strozzatura appena sopra il bulbo. Durante la dilatazione il mercurio riesce ad attraversare la strozzare, durante la contrazione il mercurio non riesce a passare di nuovo attraverso la strozzatura. Per riportarlo nel bulbo è necessario scuoterlo. Termometri a minima Nei termometri a minima il liquido utilizzato è generalmente alcool e il cilindretto si trova dentro la colonna del liquido. Al contrario di quello che succede con il termometro a massima, durante la contrazione dell'alcool l'indice è trascinato dal menisco, mentre rimane fermo durante al dilatazione. Termometri a massima e a minimo Si tratta di un termometro ad alcol con un capillare a forma di U terminante con due bulbi A e B. l'alcool riempie il bulbo A e parte del capillare fino a M; da M a N c'è del mercurio, è quindi nuovamente alcool che riempi solo parzialmente il bulbo B. sopra il mercurio , da una parte e dall'altra sono disposti due cilindretti I1 e I2 di ferro. Quando la temperatura aumenta , l'alcool si dilata e spinge il mercurio; l'indice I1 rimane fermo, mentre I2 si innalza. Il contrario avviene quando la temperatura diminuisce. Dilatazione termica lineare Sperimentalmente possiamo osservare che l'allungamento l di una sbarra è direttamente proporzionale alla lunghezza iniziale (l0), alla variazione di temperatura (t) e al materiale (). l= l0t Solidi Liquidi Aeriformi Variazione dei punti fissi al variare della pressione Le temperature relative ai passaggi di stato sono influenzate dalla pressione. Per l'acqua possiamo osservare che al diminuire della pressione la temperatura di ebollizione dell'acqua diminuisce Ampolla contenete acqua a quasi 100 gradi raffreddata con acqua fredda. Campana di vetro. Comportamento anomalo dell'acqua CAP 2 LA TEMPERATURA Il termoscopio. Il termometro. La dilatazione termica lineare. La dilatazione termica nei gas. Teoria Legge di Boyle CAP 3 IL GAS PERFETTO La legge di Boyle e le leggi di Gay-Lussac. Il gas perfetto. L'equazione di stato del gas perfetto (senza dimostrazione). CAP 4 LA TEORIA CINETICA DEI GAS. L'energia interna. Gas perfetto e gas reale. Principio di equipartizione dell'energia. Trasmissione del calore Conduzione Convenzione Irraggiamento CAP 8 IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA. La macchina termica. Gli enunciati di Lord Kelvin e di Clausius del secondo principio della termodinamica. Equivalenza dei due enunciati (senza dimostrazione). Il rendimento di una macchina termica. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Il teorema di Carnot. Il ciclo di Carnot. Il rendimento delle macchine termiche che lavorano tra due temperature. Il motore dell'automobile. Il frigorifero. (3h) CAP 7 IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA. I principi della termodinamica. I sistemi termodinamici. L'equilibrio termodinamico. Le trasformazioni termodinamiche. Trasformazioni reali e trasformazioni quasistatiche. L'energia interna di un sistema termodinamico. Il lavoro meccanico compiuto da un sistema termodinamico. Il primo principio della termodinamica. Applicazioni del primo principio della termodinamica: trasformazioni isocore e isobare. Applicazioni del primo principio della termodinamica: trasformazioni adiabatiche e cicliche.(3h) CAP 5 IL CALORE. La trasmissione di energia mediante il calore e il lavoro. Relazione fondamentale della calorimetria. La propagazione del calore: la conduzione, la convezione e l'irraggiamento.CAP 6 I CAMBIAMENTI DI STATO. Cenni ai passaggi di stato. Grafico dell'andamento della temperatura al passare del tempo durante i passaggi di stato. Calore latente di fusione. Analisi del diagramma delle fasi: differenza tra gas e vapore.(3h)
