Il Calore
e
la Temperatura
Attraverso i nostri sensi possiamo percepire le caratteristiche degli oggetti
Liscio, ruvido, morbido, spinoso e anche caldo o freddo
Il tatto ci consente di fare ciò: ci consente di capire
se un corpo è caldo o freddo
La materia e ogni corpo è costituita da piccolissime particelle chiamate
molecole più o meno attaccate (coese) tra di loro grazie a delle forze
chiamate
FORZE DI COESIONE
Cosa succede se riscaldo la materia?
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.
Per aumentare l’agitazione termica
di un corpo basta riscaldarlo su una
fonte di calore.
Le particelle si muovono
FONTI DI CALORE
Le fonti di calore che noi tutti conosciamo e troviamo in natura sono il
fuoco e il sole.
Calore e temperatura sono la stessa cosa?
PER ESEMPIO……….
Questi macachi di una regione
vulcanica
del Giappone
stanno facendo un bel bagno
in una pozza
di acqua calda.
Dall’acqua
calda i macachi ricevono
calore oppure temperatura?
Il calore è una forma di energia originata dall’agitazione
delle molecole che compongono la materia.
Es. quando riscaldo l’acqua su un fornello le sue molecole acquistano
velocità e la temperatura cresce
La Temperatura è la grandezza che misura l'agitazione
termica (movimento delle molecole) di un corpo.
Cos’è il calore
Il calore è una forma di energia originata dall’agitazione delle molecole
che compongono la materia.
In particolare è energia termica (thermòs in greco caldo)
Come ogni forma di energia il calore si può trasformare in altre forme.
Ad esempio il vapore ottenuto riscaldando dell’acqua può generare energia
di movimento o energia cinetica.
Per esempio il calore
è…..
Quando ci strofiniamo le mani,
sentiamo che diventano più calde.
Come mai?
La pelle delle mani
ha ricevuto, per via dello
sfregamento, calore proveniente
dall’energia dei muscoli che fanno
muovere le mani.
Per esempio il calore
è…..
Come mai una stufa elettrica
ci riscalda?
La corrente elettrica passa
nelle resistenze metalliche
e le fa diventare incandescenti.
L’energia elettrica si trasforma così in
calore, che è emesso dal metallo e
riscalda gli oggetti vicini.
PROVATE A ……….
L’uomo sa distinguere il caldo dal freddo ma non in modo oggettivo
Provate 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...
Un dito sentirà quell’acqua
calda, mentre l’altro
la sentirà fredda.
acqua
gelata
acqua calda
acqua
a 20 ºC
a questo dito l’acqua
sembra calda
a questo dito
l’acqua sembra
fredda
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
COME MISURARE IL CALORE
E per questo che l’uomo crea
uno strumento: il termometro e
inventa una grandezza, la
temperatura che serve per
rendere oggettiva la sensazione
di caldo e di freddo.
La temperatura
Nel linguaggio comune calore e temperatura sono termini che spesso si
confondono. In realtà sono due concetti molto diversi.
Per chiarire meglio è bene rifarsi ad un esempio:
Consideriamo due pentole uguali, la prima contiene poca
acqua, la seconda è piena d’acqua.
La temperatura
Se mettiamo le due pentole su due fornelli identici, e dopo 10 minuti andiamo
a misurare la temperatura, ci si accorgerà che...
La temperatura della poca acqua della prima pentola è molto più elevata di
quella della seconda.
Come si spiega questo fenomeno?
La temperatura
Il calore dei fornelli è stato fornito ai due recipienti in modo uguale e ha
compiuto un lavoro: ha determinato un aumento del moto di agitazione
termica delle molecole dell'acqua.
Ma nella pentola piena d’acqua il numero di molecole è maggiore rispetto alla
pentola semivuota quindi la stessa quantità di energia termica fornita dal
fornello si è «distribuita» in modo diverso.
Dove c’è meno acqua le molecole hanno acquisito un moto di agitazione termica
maggiore delle molecole della pentola piena d’acqua, cioè ognuna di esse ha
assorbito maggior energia essendo poche in numero.
La temperatura di un corpo è la misura del livello di agitazione termica
posseduto dalle sue molecole.
Per sapere quanto caldo è un oggetto o un corpo usiamo
lo strumento
TERMOMETRO
capillare
scala
termometrica
La temperatura è la grandezza fisica che si
misura con il termometro.
bulbo
Come funziona il Termometro
Quando il liquido si riscalda, il moto di
agitazione delle molecole aumenta e fa sì che
esse si allontanino fra loro. Di conseguenza il
liquido si dilata e risale nel capillare, al quale è
associata una scala graduata che permette di
leggere la temperatura semplicemente
osservando il livello raggiunto dal liquido.
Le scale della temperatura
Le più diffuse scale di valori per la temperatura sono
la scala Celsius o scala Centigrada, usata da noi,
e la scala Fahrenheit, usata nei paesi Anglosassoni.
Entrambe usano come riferimenti la fusione del
ghiaccio e l’ebollizione dell’acqua: nella scala Celsius
a questi due passaggi di stato corrispondono valori 0
e 100, mentre nella scala Fahrenheit i valori sono
32 e 212
La Scala Centigrada
Mettendo un termometro a mercurio a contatto con il ghiaccio
fondente, si osserva che dopo un po' di tempo il livello del mercurio si
stabilizza in un certo punto.
In corrispondenza di esso si segna, per convenzione, il valore zero (0)
La Scala Centigrada
Se successivamente si mette il termometro a contatto con l'acqua
bollente, il livello del mercurio sale rapidamente e si stabilizza in un altro
punto, al quale viene dato il valore cento (100).
La Scala Centigrada
La differenza tra i due livelli viene divisa in cento parti uguali, a ognuna
delle quali viene dato il nome di grado centigrado (simbolo °C).
Il grado è l'unità di misura della temperatura.
La Scala Fahrenheit
la Scala Fahrenheit (°F): è divisa in 180 parti, al
ghiaccio fondente viene dato il valore 32 °F,
all'acqua bollente corrispondono 212 °F.
Unità di misura della temperatura
nel Sistema Internazionale: il kelvin
Tanti termometri per tanti utilizzi
Termometri ambientali
Termometri clinici
Termometri da cucina
Il calore
Misuriamo il calore: LA CALORIA
La quantità di calore che si
trasferisce da un corpo all’altro si
può misurare.
La quantità di calore si può misurare
con il joule (j) che equivale a 0,239
chilocalorie
o con la caloria (cal) che corrisponde
a 4,18 j.
Una caloria è la quantità di calore
necessaria a far alzare di 1°C un
grammo d’acqua.
È usata molto anche la chilo caloria
(kcal) che equivale a 1.000 calorie.
Gocce d’acqua di 1 cal e 1 kcal
TRASMISSIONE DI CALORE
Il calore si trasmette sempre
da un corpo più caldo ad uno
più freddo.
Tutti i corpi trasmettono calore
per irraggiamento.
• Nei liquidi e negli aeriformi si
trasmette per convezione.
• Nei solidi (se a contatto) si
trasmette per conduzione.
Come si propaga il calore
Conduzione
Convezione
Irraggiamento
LA CONDUZIONE
Nei solidi, nei liquidi e nei gas il calore si trasmette
per CONDUZIONE, o CONTATTO.
Il passaggio di calore si verifica perché l’energia
contenuta in un corpo caldo, fa vibrare le
molecole di quel corpo con un’alta intensità.
CONDUTTORI E ISOLANTI
Alcuni corpi trasmettono
meglio il calore rispetto
ad altri, ad esempio, il
metallo trasporta il
calore molto meglio del
legno.
Una sostanza capace di
trasmettere
efficacemente il calore
per “conduzione” è un
conduttore, invece una
sostanza che non
trasmette
efficacemente il calore
si chiama “isolante”.
Il vetro,la gomma,la carta
secca,la seta,il cotone,le
materie plastiche,il legno
asciutto,l’ebanite..,sono
buoni isolanti.I migliori
conduttori sono i metalli,in
particolare
l’alluminio,l’argento,il
rame,il carbone,i corpi
umidi…
LA CONVEZIONE
Nei fluidi (liquidi e gas) il calore si
trasmette anche grazie al movimento
della materia di cui sono costituiti:
questo fenomeno è chiamato
CONVEZIONE.
In questo disegno sono raffigurati i moti
convettivi dell’aria riscaldata da una sorgente
di calore (dal basso)
La materia calda si muove verso l'alto e quella
fredda verso il basso: questi movimenti si
chiamano moti convettivi.
I moti convettivi
Osserviamo questo pentolino pieno d’acqua posto sul fuoco.
I moti convettivi sono causati dal fatto che l’acqua riscaldata, diventando più
leggera, tende a salire verso la superficie, mentre l’acqua più fredda in
superficie scende verso il basso, formando un movimento circolare.
Il fenomeno terminerà quando tutto il liquido sarà omogeneamente caldo.
IRRAGGIAMENTO
Nell'aria il calore si trasmette anche con un terzo meccanismo chiamato
irraggiamento, che consiste nell’emissione di radiazioni.
Le radiazioni possono viaggiare anche nel vuoto:
è così che il calore emesso dal Sole attraversa lo spazio e raggiunge la Terra.
EFFETTI DEL CALORE
Se riscaldiamo un corpo
notiamo alcuni cambiamenti:
innanzitutto avviene la
dilatazione cioè l’aumento
del volume, successivamente
può avvenire un
cambiamento di stato.
Inoltre un corpo riscaldato
diventa più leggero perché
diminuisce il suo peso
specifico.
Cosa succede se riscaldo la materia?
La materia è costituita da piccolissime particelle chiamate atomi più o meno
attaccate (adese) tra di loro grazie a delle forze chiamate
FORZE DI COESIONE
Se riscaldiamo un oggetto fornendo calore le particelle di cui è composto
aumentano la loro agitazione termica
aumenta la temperatura riscaldando
aumenta l’agitazione termica
diminuisce la temperatura raffreddamento
diminuisce l’agitazione termica
Se raffreddiamo un oggetto togliendo calore e le sue particelle diminuiscono la
loro agitazione termica
DILATAZIONE TERMICA
Un corpo sottoposto ad un aumento della temperatura
aumenta di volume, cioè si dilata a causa della
agitazione termica.
Questo avviene nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi.
Quando la temperatura si abbassa, le molecole
rallentano, il volume si riduce e si dice che il corpo
si contrae
CAMBIAMENTI DI STATO
• Le sostanze cambiano stato
fisico a seconda se si
somministra o si toglie del
calore.
• Se una sostanza assorbe
calore le sue particelle si
muoveranno.
• Se un corpo perde calore si
verifica il procedimento
opposto: il liquido passa a
solido attraverso la
SOLIDIFICAZIONE
CAMBIAMENTO DI STATO
• IL vapore invece se passa allo stato
liquido compie la condensazione
• Le molecole dei solidi sono unite ma
a un certo punto esse non riescono a
rimanere unite e in posizione fissa e
così iniziano a scorrere le une sulle
altre in modo disordinato abbiamo
così la FUSIONE cioè il passaggio
tra lo stato solido a quello liquido
CAMBIAMENTO DI STATO
Riscaldando i liquidi, le particelle
si muoveranno talmente tanto
che si staccheranno le une dalle
altre, si libereranno nell’aria e
così avviene L’EVAPORAZIONE,
il passaggio tra lo stato liquido e
lo stato aeriforme.
LA DIMINUZIONE DEL
PESO SPECIFICO
Se un corpo viene riscaldato il suo peso
specifico diminuisce.
Questo è dovuto al fatto che , aumentando la
temperatura, aumenta anche l’agitazione
delle particelle che compongono il corpo.
Ad es. : considerando un centimetro cubo di
acqua fredda e uno di acqua calda quale
peserà di meno?
Peserà di meno il centimetro cubo di acqua
calda perché le sue particelle agitandosi di
più sono più distanziate tra di loro e alcune
di esse si allontanano.
