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La temperatura… questa sconosciuta!
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•
Energia
•
Calore
•
Misura del caldo/freddo
•
Stato della materia
Termometria e calorimetria
Principio zero della termodinamica:
2 corpi, A e B, a temperature differenti (TA < TB)
posti a contatto raggiungono l’equilibrio termico.
Se A e B sono in equilibrio termico con un terzo
corpo C allora sono in equilibrio termico tra loro.
Termoscopi e termometri:
dispositivi per osservare, definire e misurare la
temperatura mediante variazioni di una data
grandezza fisica funzione di T
V=V(T) nei liquidi
L=L(T) nei solidi
P=P(T) nei gas a V = cost.
V=V(T) nei gas a P = cost
Taratura di un termometro: punto di fusione del ghiaccio
(0° C) e punto di ebollizione dell’acqua (100° C)  scala
di temperature Celsius (scala centigrada)
Taratura con il metodo del punto triplo
Termometro a gas a volume costante
Tp
T  Ap
pV  nRT
p  p0  gh
V
A  cos t. 
nR
scala termodinamica
assoluta o scala Kelvin
TC  T  273.15  0C,100C 
9
TF  TC  32F  32F,212F
5
9
TF  TC
5
Sapete cosa sono e perché si usano?
Dilatazione termica di solidi e liquidi
L  L0T  L  L0  L0T  L0 1  T 
V  V0T  V  V0  V0T  V0 1  T 
  3
e l’acqua ?
Leggi dei gas perfetti e teoria cinetica dei gas
PV  cost.
V  V0 1  T 
P  P0 1  T 
1.
2.
3.
4.
pV  nRT
(T = cost) Legge di Boyle
(T °C, P= cost.) I legge di Gay-Lussac R  8.3 J / k  mole
(T °C, V = cost.) II legge di Gay-Lussac
Numero di molecole N, ciascuna di massa m molto
elevato
Molecole, in media, lontane l’una dall’altra
Leggi della meccanica classica: urti
Urti con altre molecole o pareti perfettamente
elastici
mv  mvx2
F

t
l
Consideriamo uguali le velocità medie
lungo le tre direzioni x,y,z
m v2
F 1 Nmv 2 1 Nmv 2
2 1 2
F N
P 

 PV  N  mv 
l
3
A 3 Al
3 V
3 2

N
21 2
1 2 3
PV  nRT 
RT  NkT   mv   kT  K   mv   kT
NA
32

2
 2
Direzionalità del Trasferimento del Calore
• Il calore si trasferisce dall’oggetto più caldo a quello
più freddo.
• ESOtermico: il calore si trasferisce dal SISTEMA all’
AMBIENTE CIRCOSTANTE.
T(sistema) diminuisce
T(ambiente)aumenta
esempio
Direzionalità del Trasferimento del Calore
• Il Calore si trasferisce sempre dall’oggetto più caldo a
quello più freddo.
• ENDOtermico: il calore si trasferisce
dall’AMBIENTE CIRCOSTANTE al SISTEMA.
T(sistema)aumenta
T (ambiente)diminuisce
Capacità termica
Q  CT  CTf  Ti 
il calore Q è la quantità di energia scambiata per effetto della
differenza di temperatura. Unità di misura: Calorie o Joule
caloria: la quantità di calore necessaria per innalzare la
temperatura di 1 g di H2O da 14.5 a 15.5 °C
calore specifico: capacità termica per unità di massa
C
c
m
Q  cmT
cH O  1
2
cal
g  C
Capacità Termica Specifica
Sostanza
Cal. Spec. (J/g•K)
H2O
4.184
Glicol etilenico
2.39
Al
0.897
Vetro
0.84
Al
Trasferimento di Calore senza cambiamento di stato
q = (calore spec.)(massa)(∆T)
Trasferimento di Calore con Cambiamento di Stato
Il cambiamento di stato coinvolge energia (a T costante)
Ghiaccio + 333 J/g (calore di fusione)  Acqua liquida
q = (calore di fusione)(massa)
Curve di Raffreddamento/Riscaldamento dell’acqua
Calore ceduto
0
fusion
e
riscaldamento
riscaldamento
riscaldamento
Calore
assorbito
ebollizione
Nota che T è costante quando il
ghiaccio fonde e quando l’acqua bolle
Trasmissione del calore:
Conduzione
Irraggiamento
Convezione
Come funziona un thermos?
calorimetri: strumenti per misurare quantità di calore scambiate e
calori specifici.
Esempio: il calorimetro delle mescolanze
Q  ca m a T  T1 
Q  c x m x T2  T 
ma T  T1 
cx 
m x T2  T 
Calorimetria diretta:
Misura della quantità di calore
rilasciata da un soggetto,
introdotto in una camera isolata
termicamente, che svolge le
sue attività nell’arco di una
giornata (misura T stanza)
Calorimetria indiretta:
Determinazione del consumo
energetico di un soggetto,
tramite
misurazione
degli
scambi gassosi (O2)
Individuo a riposo (alim. mista):
4.82 Kcal per ogni litro O2
Spirometri per la misura
scambi gas respiratori
Alcuni esempi….
Un corpo di massa m=1Kg assorbe una quantità di calore Q=30cal
aumentando la sua temperatura di 10°C. Quale sarà il suo calore specifico?
Quale sarà la sua capacità termica?
Calcolare in quanto tempo uno scaldabagno da 60 litri porta il suo contenuto
da 30°C a 80°C considerando che la sua potenza è di 2000W.
Un uomo di 70 Kg vuole scalare l’Everest portandosi da una quota di 0 m
s.l.m. a 8000 m s.l.m. Quanto burro dovrà mangiare per poter superare questa
sfida (burro: 6000 cal/g)?