Facoltà di Studi Classici, Linguistici e della Formazione
SCIENZE DELLA FORMAZIONE PRIMARIA (LM-85 bis)
Lucia Quattrocchi
Didattica delle scienze (FIS/01)
8CFU
Stati di aggregazione della materia
Cos’è lo stato di aggregazione?
E’ il modo o meglio l’aspetto con cui la
materia si presenta ai nostri occhi.
Si parla di stato di aggregazione o stato
fisico della materia
Gli stati della materia sono chiamati
anche di aggregazione perché
dipendono da come le particelle che
compongono la materia si dispongono
nello spazio e da come interagiscono
Stati di aggregazione della materia
SE OSSERVIAMO CON ATTENZIONE INTORNO A
NOI È POSSIBILE RICONOSCERE TRE ASPETTI
DELLA MATERIA
Stato solido
Stato liquido
Stato aeriforme
Stato solido
Gli oggetti allo stato solido sono indeformabili
hanno una forma propria
occupano uno spazio ben preciso
quindi hanno un volume fisso
Stato solido
Allo stato solido le particelle costituenti la materia (atomi,
molecole o ioni) si dispongono in modo ordinato e
compatto, con limitate possibilità di muoversi le une
rispetto alle altre.
possiedono un reticolo cristallino (sono caratterizzati dalla
ripetizione di celle elementari nelle tre direzioni)
SOLIDO
Stato liquido
Un corpo allo stato liquido
• Non ha una forma propria perché
assume quella del recipiente che lo
contiene
• Ha un proprio volume
• E’ incomprimibile
150cm3 di latte prima contenuti nel
bicchiere vengono versati sul tavolo: il
volume è sempre lo stesso, ma cambia il
contenitore
Stato liquido
Allo stato liquido le particelle costituenti la materia si
dispongono in modo disordinato e possono scorrere le une
sulle altre, con medie possibilità di muoversi le une rispetto
alle altre.
LIQUIDO
Le particelle si dispongono in
modo disordinato
Sono legate ma i legami sono
instabili
Si formano e si spezzano in
continuazione
Si muovono costantemente ma
non si possono allontanare le une
dalle altre
Possono solo scorrere
I
Stato liquido
LIQUIDI SONO INCOMPRIMIBILI
Prendiamo una siringa da
5ml e togliamo l’ago
Riempiamo la siringa con
acqua fino a 4ml
Chiudiamo con un dito o il
palmo della mano il collo
dove si infila l’ago e
proviamo a spingere lo
stantuffo
Non riusciremo a spostare il
livello dell’acqua da 4ml
Ciò vuol dire che l’acqua,
come tutti i liquidi, è
incomprimibile
Stato gassoso (aeriforme)
• Non ha volume e forma propria
• Occupa tutto lo spazio a sua
disposizione
• E’ comprimibile
Allo stato gassoso le particelle costituenti la materia si
dispongono in modo estremamente disordinato, con
elevata possibilità di muoversi le une rispetto alle altre.
•
Hanno densità minore dei liquidi
•
Sono sempre miscibili e si mescolano
spontaneamente
•
Si espandono per riscaldamento e si
contraggono per raffreddamento
GASSOSO
Stato gassoso (aeriforme)
UN
AERIFORME TENDE AD OCCUPARE
TUTTO LO SPAZIO A SUA DISPOSIZIONE
Provate a friggere senza chiudere la porta della
cucina
A rompere una boccetta di profumo
A preparare il caffè
In tutti i casi l’odore si spanderà per tutta la
casa e l’odore è dovuto alle molecole di olio,
profumo o caffè allo stato di vapore che di
miscelano alle molecole dell’ aria della casa
cercando di occupare tutto lo spazio a
disposizione
PERCHÉ SOLIDI, LIQUIDI ED AERIFORMI SI
COMPORTANO IN MODO DIVERSO?
Le molecole di cui è fatta la materia sono in movimento
(agitazione termica) e nello stesso tempo si attraggono
(forze di coesione) tra loro
Agitazione termica
E’ il continuo
movimento delle
molecole
Forze di coesione
Sono le forze con cui le
molecole si attraggono
tra loro
Limitatissima
agitazione
termica, grandi
forze di coesione
Stato
solido
Stato
liquido
Stato
aeriforme
Maggiore
agitazione
termica, lievi
forze di coesione
Enorme
agitazione
termica,
debolissime forze
di coesione
Calore e temperatura
PROVATE
Il calore e la temperatura sono due concetti che spesso
vengono confusi nell’uso comune ma in realtà sono due
concetti molto diversi
A TENERE IMMERSO PER UN PO' UN DITO IN ACQUA GELATA
.
E UN DITO DELL’ALTRA MANO IN ACQUA CALDA
Poi spostate
entrambe le dita in
acqua a temperatura
ambiente.
Avrete una
sensazione molto
strana...
acqua
gelata
acqua
a 20 ºC
acqua
calda
Un dito sentirà
quell’acqua calda,
mentre l’altro
la sentirà fredda.
Calore e temperatura
QUESTA ESPERIENZA DIMOSTRA CHE
LE NOSTRE SENSAZIONI POSSONO INGANNARCI,
PERCHÉ SONO SOGGETTIVE.
PER DESCRIVERE IN MODO SCIENTIFICO
IL CALDO E IL FREDDO CI SERVE INVECE
UNA DEFINIZIONE OGGETTIVA,
SU CUI TUTTI SI POSSANO TROVARE D’ACCORDO.
a questo dito
l’acqua sembra
calda
a questo dito
l’acqua
sembra fredda
Calore e temperatura
Storicamente il concetto di temperatura nasce come tentativo
di quantificare le nozioni comuni di "caldo" e "freddo".
La temperatura (indica lo stato termico di un corpo)
è una proprietà. In fisica si asserisce che i sistemi (un insieme di
oggetti), in equilibrio termico con altri sistemi (un altro insieme di
oggetti), hanno una proprietà in comune, alla quale si da il nome di
temperatura. Se invece i sistemi non sono in equilibrio, si avrà
sempre un trasferimento di calore dal corpo più caldo al corpo più
(mai viceversa a meno che non si utilizzi energia, è il caso per
esempio dei frigoriferi).
Possiamo quindi definire la temperatura come la proprietà che regola
il trasferimento di energia termica, ossia del calore.
Calore e temperatura
Il calore è quindi una forma di energia che fluisce da un
corpo più caldo verso un corpo più freddo, ed è la causa
delle variazioni di temperatura: un corpo quando riceve calore
si scalda e di conseguenza la sua temperatura aumenta,
al contrario, un corpo quando perde calore si raffredda e
perciò la sua temperatura diminuisce.
Agitazione termica
Le molecole che
compongono la materia
sono in continuo
movimento. Nei solidi le
particelle sono abbastanza
fisse, nei liquidi la libertà di
movimento aumenta e nei
gas raggiunge il suo valore
massimo.
All’ interno di due corpi
a temperatura diversa,
l’agitazione termica è
maggiore nel corpo più
caldo.
La temperatura è un indice del grado di agitazione termica:
quanto maggiore è l’agitazione termica, tanto maggiore è la
temperatura di una sostanza. E’ una delle 7 grandezze fisiche
fondamentali.
Agitazione termica
Riscaldare una sostanza significa fornirle una certa
quantità di calore che comporta un aumento
dell’agitazione termica delle sue molecole
Raffreddare una sostanza significa sottrarle una certa
quantità di calore che comporta una diminuzione
dell’agitazione termica delle sue molecole
Termometro
Un termometro è uno strumento di misura per misurare la
temperatura, oppure le variazioni di temperatura.
Per misurare realmente la temperatura dobbiamo utilizzare
qualche fenomeno ad essa collegato ed in verità esistono molte
proprietà fisiche che variano quando varia la nostra percezione
fisiologica di temperatura.
Tra queste possiamo citare il volume di un liquido, la lunghezza
di una sbarra, la pressione di un gas mantenuto a volume
costante, il volume di un gas mantenuto a pressione costante, il
colore del filamento di una lampada o la resistenza elettrica di
un filo.
Una qualunque di queste proprietà può essere utilizzata per
costruire un termometro, ovvero uno strumento per misurare
la temperatura.
Termometro a liquidi
Essi si basano sul fatto che all’aumentare della temperatura i corpi si dilatano
e sono costituiti da un tubicino di vetro riempito di un liquido (spesso
mercurio) che, al crescere della temperatura, aumenta il proprio volume
salendo.
Tubo capillare sotto vuoto
Bulbo con mercurio
Scala termometrica
Quando il bulbo viene a
contatto con un corpo
scambia calore con esso fino a
che il livello termico dei due
corpi non arriva all’equilibrio
bulbo
tubo
capillare
Il liquido sale (o scende) e la scala graduata ci fornisce la temperatura
dell’oggetto
Taratura di un termometro
Per tarare un termometro lo si pone
prima a contatto con ghiaccio
contenete ghiaccio fondente. Quando
il mercurio si ferma e si fa un segno
Poi si immerge lo stesso termometro
nell’acqua bollente e si ripete al stessa
operazione precedente
Infine l’intervallo fra i due segni viene
suddiviso in 100 parti … Alla prima
tacca assegniamo 0°
All’ultima 100°
Scala
Celsius
Il grado Celsius (°C) è l'unità di una scala di misura per la
temperatura, così chiamata dal nome
dell'astronomo svedese Anders Celsius (1701-1744), che la
propose per la prima volta nel 1742. La
scala Celsius oggi utilizzata fissa il punto di congelamento
dell'acqua a 0 °C e il punto di ebollizione
a 100 °C in condizioni standard di pressione. In origine
invece la scala fu ideata da Celsius perché
il punto di ebollizione dell'acqua fosse a 0 °C, e il punto di
congelamento a 100 °C; solo dopo la
sua morte, nel 1744, la scala fu modificata in quella oggi
di uso comune, cioè invertita.
Scala Fahrenheit
La scala Faharenheit pone lo zero alla temperatura più bassa
raggiungibile in laboratorio all’epoca della sua proposta
(1724) in questo modo si potevano avere solo valori positivi
Tarò il suo termometro basandolo sulla temperatura del
sangue dei cavalli (era veterinario) Per questo i sui valori di
congelamento (32°F) e di ebollizione (212°F) ci appaiono
strani
Scala Kelvin
In realtà entrambe le scale Celsius e Fahrenheit hanno un difetto e cioè
che è perfettamente possibile scendere sotto gli zero gradi. Anche a
temperature inferiori agli zero gradi le molecole di cui è
composta la materia continuano a muoversi ed agitarsi. Ma scendendo in
temperatura questi movimenti
si faranno via via più piccoli, la velocità scenderà fino ad un punto in cui
tutte le molecole rimarranno perfettamente immobili. E' ovvio che sotto
questo livello non è possibile andare, la velocità non potrà scendere sotto
zero. Questo punto di immobilità assoluta di tutti i costituenti
microscopici
della materia viene chiamato zero assoluto. La temperatura dello zero
assoluto corrisponde a
zero assoluto = -273,15° C
La scala Kelvin corrisponde proprio a questa esigenza.
Un grado kelvin corrisponde esattamente ad un grado centigrado, ma
lo zero è stato spostato verso il basso a -273,15 °C. Quindi per
passare da centigradi a kelvin bisogna aggiungere 273,15 mentre per
passare da kelvin a centigradi bisogna sottrarli:
Dilatazione termica
Tutti i corpi, sottoposti ad una variazione di temperatura,
subiscono deformazioni più o meno evidenti. Qualitativamente
questo fenomeno si può giustificare nel seguente modo: qualsiasi
aumento di temperatura di un corpo materiale è accompagnato
da un aumento della velocità di vibrazione delle sue molecole e
conseguentemente da un numero maggiore di urti che queste
subiscono. Questi fenomeni determinano un incremento della
distanza media tra le molecole, per cui il risultato finale si
traduce in un aumento del volume.
Dilatazione termica lineare
λ (lambda) rappresenta una costante di proporzionalità detta
coefficiente di dilatazione lineare, che dipende unicamente dalle
proprietà fisiche della sostanza di cui è fatto il filo o la barra.
Dunque λ esprime la variazione di lunghezza subita da una barra di
un metro in seguito ad una variazione di temperatura di un grado
centigrado.
Questa relazione esprime la legge della dilatazione lineare e
dimostra che la lunghezza aumenta linearmente con la variazione di
temperatura.
Dilatazione termica superficiale
Nel caso di dilatazione superficiale si consideri una lamina
rettangolare di dimensioni iniziali ao e bo e superficie So
Pertanto il coefficiente di dilatazione superficiale è circa uguale al
doppio del coefficiente di dilatazione lineare.
Dilatazione termica volumica
Si noti che nelle relazioni che esprimono le
dilatazioni lineare, superficiale e cubica
sarebbe più corretto scrivere Δt invece di t,
poiché la causa della dilatazione è una
variazione di temperatura; in questo caso
compare t perché è stata scelta come
temperatura di riferimento quella di 0o C
Dilatazione termica nei liquidi
Anche nei liquidi è presente il fenomeno della dilatazione e si
tratta ovviamente di una dilatazione cubica. La relazione è
uguale a quella dei solidi:
La differenza fondamentale è nell’ordine di grandezza della costante α che
per i liquidi è maggiore Questa differenza è spiegabile dal punto di vista
microscopico per i legami atomici presenti nei liquidi, diversi dai solidi
caratterizzati da una struttura cristallina più rigida.
Anomalia dell’acqua
L’acqua, a differenza di altri liquidi,
presenta uno strano comportamento:
fra i 0°C e i 4°C, il suo volume invece
di aumentare con la temperatura,
diminuisce. Oltre i 4°C il
comportamento degli altri fluidi.
Considerando che la massa è costante
(e quindi non influenzata dalla
temperatura) si può dire che l’acqua
raggiunge la sua massima densità a
4°C (ovvero minimo volume
a parità di massa)
Questo comportamento ha una importanza
fondamentale
dal punto di vista biologico.
EQUILIBRIO
TERMICO
Ogni sistema tende spontaneamente a portarsi in equilibrio termico con
l’ambiente che lo circonda
Questo accade anche se due corpi sono posti a contatto
Esempi:
- Ponendo un oggetto (ad es. il termometro clinico) con il nostro corpo,
dopo qualche minuto l’oggetto avrà la stessa temperatura del nostro
corpo
- Se in un contenitore mescoliamo due masse d’acqua, una a
temperatura t1 e l’altra a temperatura t2 con
t2 > t1 dopo qualche
minuto tutta l’acqua si porterà ad una temperatura intermedia tra t2 e
t1
t1 < te < t2
Il calore è qualcosa che viene trasferito dal sistema all’ambiente o
viceversa, a causa di una differenza di temperatura.
IL CONCETTO DI CALORE
Se la temperatura del sistema è superiore a quella dell’ambiente il
passaggio di calore avviene dal sistema all’ambiente.
Se la temperatura del sistema è inferiore a quella dell’ambiente il
passaggio di calore avviene dall’ambiente al sistema.
Se il sistema è formato da più corpi si verifica un passaggio di calore
dai corpi più caldi a quelli più freddi fino al raggiungimento
dell’equilibrio termico.
Nella vita quotidiana si possono avere due tipi di esigenze:
A volte bisogna fare in modo che il trasferimento di calore da un
corpo ad un altro avvenga il più velocemente possibile.
Esempi: una pentola poggiata su una piastra elettrica; un termosifone
in una stanza etc…
Altre volte bisogna fare in modo che il trasferimento di calore da un
corpo ad un altro avvenga il più lentamente possibile.
Esempi: una casa deve essere fatta in modo che il calore interno
attraversi le pareti molto lentamente; il cibo in un thermos si deve
raffreddare molto lentamente.
LA
LEGGE FONDAMENTALE DELLA CALORIMETRIA
Sulla base di molti esperimenti progettati per studiare il
riscaldamento dei corpi si è arrivati alla formulazione di
questa legge (formula) che esprime la quantità di calore
assorbita o ceduta da un sistema in funzione della variazione
di temperatura che ne consegue.
Q c m Δt
Q = quantità di calore assorbito o ceduto da un corpo
m = massa del corpo
c = costante detta calore specifico che dipende dalla sostanza di cui è
fatto il corpo
t = è la variazione di temperatura
Il calore Q può essere positivo o negativo.
Per convenzione diciamo che Q è positivo quando il corpo assorbe
calore
LA LEGGE FONDAMENTALE DELLA
CALORIMETRIA
Q c m Δt
Praticamente afferma che la
variazione di temperatura è
direttamente proporzionale alla
quantità di calore assorbita o ceduta
dal corpo ed è inversamente
proporzionale alla massa del corpo.
Maggiore è il calore specifico c e maggiore è la pendenza della
retta.
Ciò significa che la sostanza rossa ha un calore specifico maggiore di
quella blu
Per riscaldare di 10 °C la sostanza rossa occorre più calore di quello
necessario per riscaldare sempre di 10°C la sostanza blu
LA LEGGE FONDAMENTALE DELLA CALORIMETRIA
Q c m Δt
Dalla formula principale si ricavano le formule inverse
Q
m
c Δt
Q
c
m Δt
Q
Δt
cm
UNITÀ DI MISURA DEL CALORE
Abbiamo detto che il calore non è altro che energia in
transito. Pertanto nel Sistema Internazionale il calore ha la
stessa unità di misura dell’energia: Joule (simbolo J) Molto
usato è il kiloJoule un multiplo del Joule
1 kJ = 1000 J
ossia
103 J
Nella pratica è ancora molto usata la caloria (simbolo cal) che
è l’unità di misura del Sistema Tecnico, non del S.I:
La caloria è la quantità di calore necessaria per far aumentare
la temperatura di 1 g di acqua distillata di 1°C (più
precisamente per farla passare da 14,5 °C a 15,5 °C)
UNITÀ DI MISURA DEL CALORE
La caloria è ancora usata soprattutto dai Termici ed anche dai Medici
Spesso sentiamo dire dai Dietologi e/o Dietisti che ad es. un gelato ha 150
calorie.
Attenzione!!!
Le calorie usate in Medicina sono in realta kilocalorie
1 kcal = 103 cal = 1000 cal
La kcal viene anche detta grande caloria e viene indicata con il simbolo Cal
Quindi se il gelato ha 150 Cal significa che ha 150.000 cal
cioè ha l’energia per riscaldare di 1°C 150.000 g (cioè 150 kg di acqua).
1 cal = 4,186 J
1 J = 1/4,186 cal
Pertanto, per trasformare le calorie in Joule basta moltiplicare per 4,186
Tra due corpi vi è stato un trasferimento di calore pari a
840 cal. Quanto vale il calore espresso nell’unità di misura
del SI ?
Risposta: 840 x 4,186 = 3516,24 J
IL CALORE SPECIFICO
Il calore specifico di una sostanza è la quantità di
calore (espressa in J) che bisogna fornire ad 1 kg
della sostanza per far innalzare la sua temperatura
di 1 K
La sua unità di misura nel SI è
J
kg K
Mentre nel sistema pratico (sistema tecnico)
cal
g C
Il calore specifico è una caratteristica intrinseca della sostanza
IL CALORE SPECIFICO
LA CAPACITÀ TERMICA
E’ evidente che fornendo la stessa quantità di calore (ad es.
1000 J) a due corpi diversi, questi subiscono incrementi di
temperatura diversi.
Si definisce capacità termica (e si indica con il simbolo C) di
un corpo la quantità di calore che deve essere fornita a quel
corpo per aumentare la sua temperatura di un grado.
La capacità termica è definita come il prodotto del calore
specifico della sostanza per la massa del corpo:
La sua unità di misura nel SI è J/K
C cm
IL CALORIMETRO
Il calorimetro è lo strumento che serve per misurare la
quantità di calore assorbita o ceduta da un corpo.
Il tipo di calorimetro più diffuso è quello ad acqua.
Se si conosce la
massa d’acqua nel
calorimetro, la
temperatura iniziale
e quella finale si
misurano con il
termometro, il
calore specifico
dell’acqua è noto,
applicando la
formula
Q c m Δt
si ricava il calore Q
LA PROPAGAZIONE DEL CALORE
Il trasferimento del calore da un corpo ad un
altro può avvenire secondo tre modi diversi:
per conduzione
per convezione
per irraggiamento
Nel trasferimento di calore da un corpo ad un altro si
può verificare uno solo di questi tre meccanismi, due
insieme o anche tutti e tre insieme.
LA CONDUZIONE
L’esperienza ci dice che esistono buoni conduttori di calore e cattivi
conduttori di calore.
Il parametro fisico che tiene conto di questa caratteristica di una sostanza
prende il nome di conducibilità termica
La conducibilità termica è una caratteristica propria di
ogni sostanza, dipende dalla struttura molecolare.
L’unità di misura della
conducibilità termica nel S.I. è
W/(m K)
In genere i metalli sono buoni
conduttori di calore .
Il legno, il vetro, il sughero sono
cattivi conduttori.
L’aria è un pessimo conduttore di
calore.
LA CONDUZIONE
La conduzione è il meccanismo di propagazione del calore, senza
spostamento di materia, che avviene per contatto tra corpi a temperature
diverse o tra parti di uno stesso corpo non in equilibrio termico
Consideriamo una lastra (parete) di sezione (cioè area) S e di spessore l,
mantenendo le due facce a temperature T1 e T2 con T2 > T1 ci sarà
un flusso di calore dalla faccia a temperatura maggiore a quella a
temperatura minore.
A causa di una differenza di temperatura,
viene provocato un trasferimento di energia
cinetica da una molecola a quella adiacente
che possiede una velocità di vibrazione
minore, essendo la velocità di vibrazione delle
particelle indice della temperatura del corpo.
Si ha in questo modo un trasferimento di
energia, sotto l’influenza del gradiente di
temperatura (variazione della temperatura
lungo una direzione), senza uno spostamento
di particelle; dunque il mezzo in cui avviene
conduzione rimane nella condizione di quiete.
LA CONVEZIONE
La convezione è il meccanismo di trasferimento di
calore accompagnato da spostamento di materia.
Interessa i fluidi (sia liquidi che gas)
Non interessa i solidi, dove non è possibile lo
spostamento di materia
Il principio che sta alla base della convezione è il principio di
Archimede che recita:
Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso
l’alto pari al peso di fluido spostato.
In sostanza un qualsiasi oggetto (anche una porzione di liquido)
immerso in un fluido (anche lo stesso liquido) è sospinto verso
l’alto. La spinta è tanto maggiore quanto maggiore è la
differenza di densità tra il fluido e il corpo che viene spinto
LA CONVEZIONE
Le molecole di acqua a
contatto con la piastra
riscaldata dalla fiamma si
dilatano, si riducono di
densità e per il principio di
Archimede sono sospinte
verso l’alto. Le molecole in
alto essendo rimpiazzate da
quelle che salgono sono
costrette a scendere.
Si creano così delle correnti convettive
Queste correnti sono evidenti se nell’acqua si introducono dei semi
di limone o di arancia. Mentre l’acqua si riscalda i semi tendono a
salire trascinati da queste correnti convettive.
LA CONVEZIONE
Nei fluidi la modalità
principale di
propagazione del
calore è la convezione.
Essa è sempre
accompagnata da uno
spostamento di
materia.
Attenzione! La convezione interessa sia i liquidi che i gas.
L’aria nella mongolfiera viene riscaldata
dalla fiamma, diventa più leggera e sale
verso l’altro trascinando con sé il pallone.
L’IRRAGGIAMENTO
L’energia che ci arriva dal sole ci raggiunge grazie
all’irraggiamento.
L’irraggiamento consiste nell’emissione di onde
elettromagnetiche (radiazioni) che si propagano anche nel
vuoto.
Le onde elettromagnetiche infatti non hanno bisogno di un
mezzo materiale per propagarsi.
Tutti gli oggetti emettono
radiazioni elettromagnetiche, che
sono frutto dell’eccitazione termica
della superficie del corpo, legata alla
condizione energetica dei suoi atomi
(l’irraggiamento è tanto più
intenso quanto maggiore è la
temperatura dell’oggetto stesso), e
viene emessa in tutte le direzioni;
L’ irraggiamento avviene spontaneamente da
un qualsiasi corpo caldo verso un altro corpo
L’IRRAGGIAMENTO
Quando una radiazione colpisce un corpo essa viene:
- in parte assorbita
- in parte trasmessa (se il corpo è trasparente)
- in parte riflessa
Quella parte di radiazione assorbita dal corpo ne provoca il
riscaldamento. Non solo il sole emette radiazioni ma tutti i corpi
(anche il nostro corpo). In genere più alta è la temperatura di un
corpo, maggiore è la quantità di radiazioni emesse. Gli oggetti
caldi come il fiammifero o il filamento di una lampadina emettono
radiazioni visibili all’occhio umano. Oggetti più freddi come il corpo
umano, emettono radiazioni nel campo dell’infrarosso
La quantità di energia che un corpo assorbe quando è colpito da
radiazioni elettromagnetiche dipende molto dallo stato della sua
superficie:
- è minima se essa è chiara e lucida;
- è massima se è nera
Questo è il motivo per cui d’estate è preferibile vestire con abiti
chiari.
EFFETTO SERRA
Ci sono materiali come il vetro ed alcune plastiche
(cellofan, nylon etc..) che sono trasparenti alle radiazioni
visibili, mentre sono opachi per le radiazioni infrarosse.
Essi vengono sfruttati nella costruzione delle serre.
I raggi del sole attraversano con
facilità il vetro e vengono assorbiti
dalla pianta. La pianta essendo un
corpo a temperatura minore dei
1000°C emette radiazione
infrarossa. Ma la radiazione
infrarossa non riesce ad attraversare
facilmente il vetro e dunque resta
intrappolata nella serra. La
temperatura all’interno della serra
aumenta.
Se non ci fosse il vetro l’energia
ricevuta dal sole sarebbe all’incirca
uguale a quella emessa sotto forma di
infrarossi.
L’EFFETTO SERRA
Fenomeno climatico di
riscaldamento degli strati
inferiori dell’atmosfera
terrestre, causato
dall’assorbimento della
radiazione infrarossa emessa
dalla Terra da parte di alcuni
gas. Riveste una importanza
fondamentale per gli organismi
viventi: limita la dispersione
del calore e determina il
mantenimento di una
temperatura costante del
pianeta.
Tuttavia, l’immissione in
atmosfera di elevate quantità
di anidride carbonica (CO2) e
altri gas, dovuta alle attività
industriali, ha potenziato
l’effetto serra naturale e sta
determinando un anomalo
aumento della temperatura,
fenomeno noto come
“riscaldamento globale”.
IL BILANCIO ENERGETICO DELLA TERRA
Non tutta l’energia che parte dal Sole arriva fino alla superficie della
Terra.
Al suolo ne arriva quasi la metà.
Il resto viene assorbito e riflesso dalle nubi.
La parte di radiazione che raggiunge il suolo terrestre (e quindi anche gli oceani) riscalda i
corpi sulla Terra. I corpi caldi però, acqua, terreno, oggetti, a loro volta emettono radiazione
infrarossa (essendo ad una temperatura inferiore ai 1000°C).
Questa radiazione infrarossa, in condizioni normali, attraversa l’atmosfera ed abbandona la
Terra. In definitiva, in condizioni normali, l’energia emessa dalla Terra sotto forma di
infrarossi è all’incirca uguale a quella ricevuta dal Sole.
Il bilancio energetico è in pareggio, altrimenti la Terra dovrebbe riscaldarsi sempre di più.
PASSAGGI DI STATO
Lo stato di aggregazione di un corpo non è una sua caratteristica
immutabile ma può cambiare variando
le condizioni in cui esso si trova.
Riscaldando una sostanza allo stato solido possiamo provocarne la fusione e
continuando il riscaldamento del liquido ne otteniamo la vaporizzazione. Questa può
avvenire o tramite l'evaporazione che interessa solo la superficie del liquido ed
avviene a tutte le temperatura in cui la sostanza è allo stato liquido (es: l'acqua che
evapora da una pozzanghera) o tramite l'ebollizione che coinvolge tutta la massa del
liquido ed avviene ad una temperatura e pressione specifici (es:un pentolino di
acqua che bolle sul fornello). Il passaggio di stato che si verifica invece raffreddando
un gas è la condensazione (es:il vapore acqueo che d'inverno condensa sui vetri
freddi) e continuando a raffreddare il liquido ne otteniamo la solidificazione (es:
formazione dei cubetti di ghiaccio nel freezer). Alcune sostanze hanno la capacità di
passare direttamente dallo stato solido allo stato gassoso tramite la sublimazione e
dallo stato gassoso direttamente allo stato solido tramite il brinamento
CALORE LATENTE
Durante un cambiamento di stato la temperatura di
una sostanza rimane costante; il cambiamento di stato
avviene per sottrazione o cessione di calore
Il calore latente associato a una trasformazione
termodinamica è la quantità di energia necessaria
allo svolgimento di un passaggio di stato
CALORE LATENTE
Il calore che noi forniamo è utilizzato solo per rompere la coesione
interna delle molecole e per far avvenire il passaggio di stato Quando
avviene il processo inverso questo calore viene restituito.
Calore latente di fusione: è quel calore che viene
fornito ad un solido e che viene utilizzato per il
passaggio solido liquido fino a che tutto il
solido non si è fuso
Calore latente di ebollizione: è quel calore che
viene fornito ad un liquido e che viene utilizzato
per il passaggio liquido vapore fino a che tutto
il liquido non è passato allo stato di vapore
Calore latente di condensazione: è quel calore
che viene ceduto all’ambiente durante il
passaggio vapore liquido fino a che tutto il
vapore non è condensato
Calore latente di solidificazione: è quel calore che
viene ceduto all’ambiente e che viene utilizzato
per il passaggio liquido solido fino a che tutto
il liquido non è passato allo stato di solido
CALORE LATENTE
L'unità di misura del calore latente λ nel Sistema internazionale
è J/kg. Spesso il calore latente viene
espresso per mole di sostanza come calore latente molare e nel
SI si misura in J/mol.
Il calore necessario al passaggio di fase è:
Q m
cioè il calore Q fornito o sottratto al sistema non influisce sulla
temperatura, ma è proporzionale alla quantità di sostanza m
che ha cambiato fase, e continua fino a che tutta la sostanza non
cambia fase. In assenza di transizioni di fase invece, un apporto o
un prelievo di calore determina una variazione di temperatura:
si parla in questo caso di calore sensibile.
