Termologia (12h)

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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
   ML3

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  ML1T 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=  l0t
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)