Transcript TEMPERATURA - Liceo Cavalieri

TEMPERATURA
La temperatura è
una grandezza
fisica fondamentale
che deriva dalle
nostre sensazioni di
caldo e freddo e le
rende oggettive
TERMOMETRO
Lo strumento che misura la
temperatura si chiama
TERMOMETRO.
Esistono vari tipi di
termometro:
 a mercurio
 ad alcool
 a termocoppia
 a resistenza…
TERMOMETRO
I termometri più precisi
sono detti TERMOMETRI A
GAS RAREFATTO e si
usano per misure
particolari, come quelle dei
punti di fusione o
ebollizione delle sostanze
TERMOMETRO A MERCURIO
Il termometro a mercurio è
costituito da un piccolo
serbatoio contenente
mercurio e da un sottile
tubo in cui il mercurio è
libero di espandersi.
La temperatura è indicata
dal livello raggiunto dal
mercurio nel tubo
TERMOMETRO A MASSIMA
E’ quello che si usa per
misurare la febbre. Nel tubo
è presente una strozzatura
che impedisce al mercurio
di scendere quando si
raffredda: in questo modo il
livello rimane bloccato sulla
temperatura minima
raggiunta
SCALA TERMOMETRICA
L’insieme di tutti i valori misurabili di temperatura
prende il nome di scala termometrica
Temperatura
reale e
percepita in
funzione
dell’umidità
SCALA TERMOMETRICA
Esistono diverse scale
termometriche, ma quelle
utilizzate oggi in fisica sono
solo due
 SCALA CENTIGRADA (O
CELSIUS)
 SCALA KELVIN, O
SCALA ASSOLUTA
SCALA CELSIUS
Celsius è un fisico svedese
che stabilì una scala di
temperature basata su due
punti di riferimento:
 la temperatura di fusione
del ghiaccio
 la temperatura di
ebollizione dell’acqua
Entrambe alla pressione
atmosferica a livello del
mare
TARATURA DEL
TERMOMETRO: PUNTO 0
Supponiamo che il
termometro sia da tarare,
ovvero sia privo di scala, e
poniamo il bulbo col
mercurio in una miscela di
ghiaccio e acqua distillata
TARATURA DEL
TERMOMETRO: PUNTO 0
0°C
Quando la colonna di
mercurio ha smesso di
scendere segniamo nel
punto in cui arriva il PUNTO
0, ovvero gli zero gradi
centigradi
TARATURA DEL
TERMOMETRO: PUNTO 100
Poniamo il bulbo del
termometro in un recipiete
contenente acqua in
ebollizione: quando la
colonna di mercurio ha
smesso di salire segniamo il
PUNTO 100, ovvero 100
gradi centigradi
TARATURA DEL
TERMOMETRO: PUNTO 100
100°C
0°C
Abbiamo così DUE PUNTI
FISSI, 0 e 100.
ESTENSIONE DELLA
SCALA
100°C
75
50
25
0°C
A questo punto è possibile
estendere la scala al di
sopra dei cento e al di sotto
dello zero, semplicemente
riportando tacche della
stessa ampiezza.
PUNTO TRIPLO
Per comodità oggi non si
usa più il punto di fusione
del ghiaccio per indicare lo
zero, ma il PUNTO
TRIPLO.
La differenza è però
minima, circa un decimo di
grado
PUNTO TRIPLO
VAPORE
ACQUA
GHICCIO
Il punto triplo è il punto in
cui coesistono i tre stati
della materia: liquido, solido
e aeriforme.
Per ogni sostanza esiste un
unico valore di temperatura
e un unico valore di
pressione in cui ciò può
avvenire. Per l’acqua la
pressione è 610 Pa
CELLA A PUNTO TRIPLO
ARIA
VAPORE
ACQUA
GHICCIO
Per riprodurlo si pone in
una specie di provetta
acqua e ghiaccio, poi si fa il
vuoto e si sigilla: un po’ di
acqua evapora riempiendo
il vuoto e producendo la
coesistenza dei tre stati.
La cella a punto triplo è
usata per tarare termometri
di precisione
ZERO CENTIGRADO
Il fatto che esistano
temperature sotto zero
dimostra che lo zero della
scala Celsius è privo di
significato fisico: è solo una
convenzione aver posto il
punto triplo dell’acqua
uguale a zero.
Serbatoio per l’azoto liquido
SCALA KELVIN
E’ la scala definita dallo
scienziato britannico
William Thompson, Lord
Kelvin.
ZERO ASSOLUTO
Al contrario dello zero
Celsius, lo zero della
scala Kelvin NON è
arbitrario: è davvero la
temperatura più bassa
possibile.
Per questo prende anche
il nome di ZERO
ASSOLUTO.
SCALA ASSOLUTA
Poiché lo zero è già fissato,
la scala Kelvin è basata su
un solo punto fisso
arbitrario, che è il punto
triplo dell’acqua.
A questo punto si assegna
la tempertura di 273 gradi
Kelvin
CONVERSIONE CELSIUSKELVIN
Con questa convenzione
per passare da gradi
Celsius (t) a Kelvin (T) la
formula è semplice:
T  t  273
CONVERSIONE CELSIUSKELVIN
Applicando questa formula
troviamo che lo zero
assoluto corrisponde a -273
gradi centigradi
0 K  273 C
DILATAZIONE LINEARE
La definizione della scala
centigrada è basata
sull’ipotesi che un corpo
riscaldato (mercurio, alcool
ecc.) si dilati uniformemente
all’aumentare della
temperatura. Infatti le
tacche su un termometro
sono poste a distanza
uniforme
DILATAZIONE LINEARE
Questa ipotesi è vera con buona
approssimazione, se gli sbalzi di
temperatura non sono troppo ampli, e se il
corpo non è troppo vicino al punto di
fusione o di ebollizione
DILATAZIONE LINEARE
Per DILATAZIONE
LINEARE si intende la
dilatazione, dovuta al
riscaldamento, di un corpo
molto lungo e sottile, come
ad esempio un filo di ferro o
una sbarra.
DILATAZIONE LINEARE
L’aumento di lunghezza ΔL di una sbarra è
proporzionale a due fattori:
la sua lunghezza iniziale, Lo
 la variazione di temperatura, Δt

Lo
ΔL
L
COEFFICIENTE DI
DILATAZIONE LINEARE
Poiché non tutti i corpi si
dilatano allo stesso
modo, esiste anche un
fattore dipendente dal
materiale, detto
COEFFICIENTE DI
DILATAZIONE
LINEARE e indicato con
la lettera λ
LEGGE DELLA
DILATAZIONE LINEARE
La legge della dilatazione lineare, tenendo conto di
tutti questi fattori, diventa.
L    L0  t
IL SIMBOLO Δ
E’ bene ricordare che il simbolo Δ rappresenta
sempre una variazione, quindi si calcola come
differenza tra due valori. In questo caso:
 ΔL è la differenza tra lunghezza iniziale e
lunghezza finale
 Δt è la differenza tra temperatura iniziale e
temperatura finale
L  L  L0
t  t  t0
DILATOMETRO
Per misurare la dilatazione di un corpo si
usa uno strumento chiamato
DILATOMETRO
DILATOMETRO
Con dilatometri
professionali è
possibile non solo
osservare la
dilatazione, ma
anche misurare il
coefficiente di
dilatazione
DILATOMETRO
La legge della dilatazione è solo un’approssimazione
della realtà: il grafico, relativo a un campione di
ossido di alluminio, non è perfettamente rettilineo
DILATOMETRO
Questo grafico, relativo al vetro, mostra che la legge,
a un certo punto, cessa del tutto di essere valida
DILATAZIONE
VOLUMETRICA
Per DILATAZIONE
VOLUMETRICA si intende
la dilatazione, dovuta al
riscaldamento, di un corpo
che non ha una dimensione
preponderante sulle altre,
come un cubo, una sfera,
un cilindro.
DILATAZIONE
VOLUMETRICA
L’aumento di volume ΔV di un corpo è
proporzionale a due fattori:
il suo volume iniziale, Vo
 la variazione di temperatura, Δt

V
Vo
ΔV
COEFFICIENTE DI
DILATAZIONE CUBICA
Poiché non tutti i corpi si
dilatano allo stesso
modo, esiste anche un
fattore dipendente dal
materiale, detto
COEFFICIENTE DI
DILATAZIONE CUBICA
e indicato con la letteraα
LEGGE DELLA
DILATAZIONE CUBICA
La legge della dilatazione volumetrica, o cubica,
tenendo conto di tutti questi fattori, diventa.
V   V0  t
ANOMALIA DELL’ACQUA
Tra gli 0 e i 4 gradi centigradi
l’acqua ha un
comportamento anomalo:
infatti, se viene riscaldata
anziché espandersi si
contrae.
ANOMALIA DELL’ACQUA
Questo fa sì che, vicino al
punto di congelamento,
l’acqua più calda è anche più
densa, contrariamente al
normale, e quindi, in base
alla legge di Archimede,
affonda spingendo in alto
l’acqua più fredda.
ANOMALIA DELL’ACQUA
Il risultato di questa
inversione del ciclo
convettivo è che i grandi
specchi d’acqua
ghiacciano solo in
superficie, perché sul
fondo l’acqua è più calda