Transcript Temperatura e calore - Centro Meteo Ligure

Temperatura e calore
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Qual'è la causa principale del riscaldamento dell'aria? ( il sole )
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Come mai la temperatura dell'aria diminuisce via via che ci
allontaniamo dalla superficie terrestre e ci avviciniamo al sole?
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Nelle acque del mare, ad esempio, gli strati superficiali, più vicini
alla fonte di calore, sono effettivamente più caldi rispetto agli
strati inferiori
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In una stanza con una stufa accesa via via che ci si allontana dalla
fonte di calore l'aria si fa più fredda
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Per comprendere cosa accade nell'atmosfera bisogna analizzare il
concetto di calore e come esso si trasmetta
Temperatura e calore
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Se noi immergiamo un pezzo di ferro rovente in una bacinella
d'acqua fresca cosa accade?
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Il pezzo di ferro si raffredda (cede calore) e l'acqua si scalda
(acquista calore) → Ma in che modo??!!!
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Un tempo pensavano che il calore fosse una sorta di fluido
misterioso (lo chiamavano calorico) che aveva la capacità di
trasferirsi da un corpo più caldo ad un altro meno caldo
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Ovviamente se fosse vera questa teoria un corpo riscaldato
dovrebbe aumentare di peso!!!
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Battendo con un martello un pezzo di ferro sia il martello che il
pezzo di ferro si riscaldano: come si è creato il calore che prima
non c'era?
Temperatura e calore
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Per comprendere come si sia generato calore nel martello e nel
pezzo di ferro occorre comprendere l'intima natura dei corpi: le
molecole
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Tutti gli oggetti che ci circondano sono fatti di qualcosa: quel
qualcosa è la materia
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La materia si presenta sotto 3 stati fondamentali apparentemente
unici:
1) Stato solido
2) Stato liquido
3) Stato gassoso
Temperatura e calore
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I 3 stati liquido, solido e gassoso presentano peculiarità invisibili
all'occhio umano di FONDAMENTALE IMPORTANZA!
Dobbiamo necessariamente
ammettere che uno dei
liquidi deve aver trovato
degli spazi vuoti nell'altro e
che questi spazi vuoti
sono talmente piccoli da
risultare invisibili
all'occhio umano
Temperatura e calore
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TUTTE LE SOSTANZE sono costituite da degli aggregati di tante
minuscole particelle (le molecole) separate da piccolissimi spazi
vuoti in cui agiscono le forze molecolari attrattive e repulsive
Ogni molecola, avendo attorno a sé
degli spazi vuoti ed essendo attirata e
respinta continuamente dalle
molecole circostanti non può avere
una posizione fissa e immutabile. In
un solido, infatti, ogni molecola vibra
oscillando in una posizione di
equilibrio come se fosse collegata alle
altre da sottilissime molle
Temperatura e calore
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SOLIDI: le forze attrattive e repulsive tra le molecole sono in
perfetto equilibrio e questo permette alle molecole di stare
strettamente vicine le une alle altre e di conservare forma e
volume definiti
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LIQUIDI: le forze attrattive sono leggermente inferiori a quelle
repulsive quindi riescono a spostarsi facilmente all'interno del
liquido. E' per questo che un liquido non ha forma propria ma
assume quella del recipiente che lo contiene
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GAS: prevalgono nettamente le forze repulsive, quindi le molecole
sono liberissime di muoversi
Temperatura e calore
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Come possiamo percepire tutto questo movimento molecolare
che non vediamo?
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Facendo cadere qualche goccia di inchiostro in un bicchiere
d'acqua oppure spruzzando qualche goccia di profumo in una
stanza
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Le molecole d'acqua, in continuo e rapido movimento, colpiscono
le gocce d'inchiostro separandole in miriadi di particelle spinte
in tutte le direzioni, esattamente quello che accade per le gocce
di profumo, trasportate dalle molecole dell'aria in ogni angolo
della stanza.
INSERIRE VIDEO WATER SIMULATION E GAS SIMULATION
Temperatura e calore
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Ma il nostro pezzo di ferro battuto e riscaldato dal martello?
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Ora possiamo finalmente capire che quando si batte un pezzo di
ferro con il martello vengono eccitate le molecole superficiali
che si mettono ad oscillare con maggiore vivacità, urtando le
altre molecole più vicine trasferendo via via una maggiore
vibrazione a tutte le altre.
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Se tocchiamo il ferro o il martello lo sentiremo più caldo, calore
che è dovuto alla maggiore vibrazione delle molecole superficiali
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UN CORPO SI SCALDA TUTTE LE VOLTE CHE VIENE
AUMENTATA L'AGITAZIONE DELLE SUE MOLECOLE
Temperatura e calore
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E il nostro pezzo di ferro rovente immerso nell'acqua?
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Possiamo comprendere con maggiore facilità perché sia il ferro
(caldo) a cedere calore all'acqua (fresca) e non il contrario.
Infatti è il movimento molecolare più rapido del pezzo di ferro
che trasferisce energia alle molecole d'acqua con le quali viene
a contatto aumentandone la velocità di oscillazione.
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Le molecole del pezzo di ferro perdono energia (il pezzo di ferro si
raffredda) mentre quelle dell'acqua acquistano energia e di
conseguenza si scaldano
INSERIRE VIDEO MOVIMENTO MOLECOLARE
Temperatura e calore
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COMPRESSIONE (causa) → Schiacciamento della massa d'aria e
accelerazione dell'oscillazione molecolare → Riscaldamento
(effetto)
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CONTRAZIONE (effetto)→ Rallentamento dell'oscillazione
molecolare e conseguente riduzione dello spazio occupato →
Raffreddamento (causa)
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DILATAZIONE (effetto) → Aumento dell'oscillazione molecolare e
conseguente aumento dello spazio occupato → Riscaldamento
(causa)
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ESPANSIONE CONVETTIVA (causa) → Espansione dell'aria dovuta
ad una pressione sempre più bassa, più spazio tra le molecole =
oscillazione più lenta → Raffreddamento (effetto)
Come si propaga il calore?
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CONDUZIONE
Il riscaldamento lungo tutta la
barretta è dovuto al fatto che
nell'estremità che si trova a
contatto con la fiamma
aumenta l'intensità delle
vibrazioni delle molecole, e
queste vibrazioni si
comunicano alle molecole
vicine sino a raggiungere la
parte opposta della barretta
stessa.
Come si propaga il calore?
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CONVEZIONE
Come si propaga il calore?
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IRRAGGIAMENTO
Ogni corpo caldo emette delle radiazioni:
se la lunghezza d'onda è abbastanza
corta non si avverte calore ma l'occhio
umano vede una luce, se la lunghezza
d'onda è abbastanza grande si
percepisce calore ma non si vede luce.
Nel caso del sole vi è emissione
contemporanea di radiazioni di diversa
lunghezza d'onda per cui è possibile
vedere luce e provare sensazione di
calore.
Come si propaga il calore?
Qual'è la causa principale del riscaldamento
dell'aria? ( il sole )
● Come mai la temperatura dell'aria diminuisce via
via che ci allontaniamo dalla superficie terrestre
e ci avviciniamo al sole?
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Le radiazioni solari trasmettono energia alle
molecole dei corpi che incontrano nel loro
cammino. In atmosfera sono gli strati più bassi,
quelli più densi, che assorbono meglio le
radiazioni solari, anche se la maggior quantità
di energia arriva sino alla superficie terrestre e
viene assorbita dal terreno e dal mare che a loro
volta irradiano dal basso verso l'alto.
Umidità
Proviamo ad inumidire una mano e a porvi un bicchiere asciutto
sopra di essa, cosa notiamo?
1) Con il calore della mano l'acqua si è
trasformata in un gas invisibile: è
evaporata
2) Venendo a contatto con il vetro più
freddo è tornata visibile, cioè liquida:
è condensata
3) Possiamo notare che il vapore
acqueo è più leggero dell'aria
Umidità
PERCHE' L'ACQUA EVAPORA?
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Premessa → L'acqua, essendo un liquido, è costituita da
molecole mobilissime che si agitano senza sosta in tutte le
direzioni
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Condizione necessaria per evaporare → Quando una molecola si
trova in superficie e raggiunge una velocità sufficiente per
vincere le forze attrattive delle altre molecole, si stacca e si
disperde nell'aria: processo di evaporazione
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Nell'esempio precedente il calore della mano ha accelerato
l'oscillazione delle molecole d'acqua a contatto su di essa quel
tanto che è bastato per farle evaporare
Umidità
QUALI SONO LE LE CAUSE CHE FAVORISCONO
L'EVAPORAZIONE?
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1° esempio → due piatti con un cucchiaio d'acqua ciascuno, uno
in un ambiente fresco, l'altro in un ambiente caldo
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2° esempio → due fazzoletti bagnati, uno in un ambiente
ventilato, l'altro in un piccolo ambiente chiuso
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3° esempio → 1 litro d'acqua in un boccale, un altro litro d'acqua
in una larga bacinella
Condensazione
PERCHE' LE PARETI INTERNE DEL BICCHIERE SI SONO
BAGNATE?
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Premessa → il vapore acqueo è più leggero dell'aria
Alcune molecole di vapore acqueo sono venute a contatto con il
vetro più freddo e si sono condensate creando il fenomeno
inverso dell'evaporazione → la condensazione del vapor
d'acqua è quindi il passaggio dallo stato gassoso a quello
liquido
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L'aria all'interno del bicchiere, ricca di vapore, si è raffreddata a
contatto con le pareti del vetro e non è stata più in grado di
“nascondere” al suo interno parte del vapore acqueo stesso che
è fuoriuscito dall'aria trasformandosi in minutissime goccioline
d'acqua.
Condensazione
L'acqua che evapora sembra sparire nell'aria rendendosi
invisibile: una cosa analoga accade con il sale che possiamo
sciogliere nell'acqua!
E come una certa quantità d'acqua
non può nascondere una quantità
illimitata di sale così un certo
volume d'aria non può nascondere
una quantità illimitata di vapor
d'acqua
Condensazione
Esperimento → In un bicchiere d'acqua quasi pieno d'acqua
fresca sciogliete, a poco poco, del sale da cucina.
1) Ad un certo punto vi accorgerete che
non riuscirete più a scioglierlo
2) Una certa quantità di sale, dunque,
rimarrà allo stato solido sul fondo
del bicchiere
3) La soluzione è satura
Condensazione
Esperimento → Se scaldiamo l'acqua del bicchiere all'interno di
una pentola a bagno maria il sale depositato sul fondo si
scioglierà anch'esso diventando invisibile
→
←
Condensazione
Abbiamo dunque scoperto che se si aumenta la temperatura
dell'acqua aumenta anche la quantità di sale che vi si può
sciogliere; quando si abbassa la temperatura dell'acqua una
parte del sale torna allo stato solido e quindi nuovamente
visibile.
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UN PROCESSO ANALOGO COINVOLGE E REGOLA LA
PRESENZA DEL VAPOR D'ACQUA ALL'INTERNO DELL'ARIA
L'aria che ci circonda contiene sempre una certa quantità di
vapore acqueo, quantità che può variare ma senza poter mai
superare un certo limite massimo.
La quantità (in peso) di vapor d'acqua che ogni m3 d'aria può
contenere in un certo istante si chiama UMIDITA' ASSOLUTA
Condensazione
UMIDITA' ASSOLUTA → varia unicamente in seguito alle
variazioni di temperatura!
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Più l'aria è calda maggiore è la quantità di vapore che può
contenere senza che questo sia visibile
Per ogni temperatura, però, la quantità di vapor presente in ogni
m3 di aria non può superare un certo limite massimo