Il Calore e la Temperatura
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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.
