TEMPERATURA SCALE TERMOMETRICHE MISURA DELLA TEMPERATURA C F. cambiamenti di scala

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1 TEMPERATURA Il crp uman percepisce le variazini di temperatura cn le sensazini di cald e fredd Mlte grandezze fisiche varian al variare della temperatura vlume dei crpi pressine di un gas viscsità di un liquid resistenza elettrica È pssibile usare una di queste grandezze fisiche per definire e misurare la temperatura MISURA DELLA TEMPERATURA C 4 40 Per la misura della temperatura si usa il termmetr: un bulb riempit di mercuri che può espandersi in un capillare di vetr Al Al variare della temperatura del bulb il il mercuri di di espande nel capillare e le le sue variazini di di lunghezza sn tradtte in in misura della temperatura La La temperatura del crp uman si si misura cn i i termmetri "a "a massima" 2 SCALE TERMOMETRICHE PUNTI FISSI ghiacci fndente acqua bllente CELSIUS 0 C 00 C FARENHEIT 32 F 22 F Farenheit F C Celsius cambiamenti di scala θ C F 32 F = θ 00 C 80 F 3

2 DILATAZIONE TERMICA Quasi tutti i crpi si dilatan quand la temperatura aumenta V = V0 ( + βθ ) β è il cefficiente di dilatazine termica L acqua ha un cmprtament anmal: g/cm cm 3 cm 3 V V V 0 V T ( C) Il su vlume decresce cn l aumentare della temperatura fin a 4 C e pi aumenta all aumentare della temperatura 4 LEGGI DEI GAS PERFETTI Isterma θ = cst Isbara p = cst Iscra V = cst Per tutti i gas reali risulta apprssimativamente pv = cst V= V (+α θ) p= p (+α θ) α = 273 C Si chiama gas perfett gas ideale, quel gas che bbedisce incndizinatamente alle precedenti leggi. 5 EQUAZIONE DI STATO pv= nrt n : numer di mli R: cstante universale T: temperatura assluta mle: quantità in grammi pari alla massa mleclare N A (numer di Avgadr): numer di mlecle cntenute in mle ( ) litri atm cal jule R = =.98 = 8. 3 ml K ml K ml K T= θ c C e si misura in gradi kelvin (K) 6

3 CALORE All intern di un slid, liquid, gas, le mlecle sn in un cntinu mt di agitazine cmpletamente disrdinat. Si chiama energia interna la smma delle energie, cinetica (mt di agitazine mleclare) e ptenziale (frze di legame intermleclare), pssedute dagli atmi e dalle mlecle che cstituiscn un crp. La temperatura è la misura dell energia cinetica media delle mlecle. 7 CALORE È stat sservat che ad gni diminuzine di energia meccanica, si verifica un riscaldament, ciè la prduzine di calre. Si chiama calre l energia assrbita ceduta da un crp a livell mleclare, ciè l energia direttamente assrbita ceduta dalle mlecle del crp. Il calre scambiat da un crp può prdurre: ) una variazine di temperatura (variazine dell energia mleclare); 2) una variazine dell stat di aggregazine del crp (mdificazine dei legami mleclari, ciè dell energia chimica). 8 CALORE kilcalria (kcal) grande calria (Cal): quantità di calre necessaria per prtare da 4.5 C a 5.5 C la temperatura della massa di kg di acqua distillata. calria piccla calria (cal): quantità di calre necessaria per prtare da 4.5 C a 5.5 C la temperatura della massa di g di acqua distillata. kcal = Cal = 000 cal Il calre è una frma di energia e nel S.I. si misura in jule (J). Mlti esperimenti hann determinat l equivalente meccanic della calria kcal = 480 jule cal = 4.8 jule 9

4 CALORE Se l scambi di calre nn mdifica l stat di aggregazine di un crp, il calre scambiat è Q = C (θ f - θ i ) C = capacità termica Q > 0 calre assrbit Q < 0 calre cedut Se il crp è mgene C=mc s c s è il calre specific e la sua unità di misura è kcal cal jule = = 480 kg C g C kg C 0 CALORE Quand due crpi a diversa temperatura sn psti in cntatt termic, si ha passaggi di calre dal crp più cald a quell più fredd fin a quand essi assumn la stessa temperatura (equilibri termic). m c (θ - θ ) + m 2 c 2 (θ - θ 2 ) = 0 Temperatura di equilibri θ = mc θ + m2c2θ 2 m c + m c 2 2 CAMBIAMENTI DI STATO Il cambiament di stat avviene ad una definita temperatura che dipende dalla sstanza e dalla pressine esterna Il cambiament di stat avviene istermicamente ed è accmpagnat da un scambi di calre, legat alle variazini dell energia chimica di legame SOLIDO fusine slidificazine LIQUIDO ebllizine cndensazine VAPORE 2

5 CAMBIAMENTI DI STATO Si definisce calre latente L la quantità di calre necessaria per far cmpiere istermicamente all unità di massa della sstanza un passaggi di stat Calre necessari per il passaggi di stat di una massa m di quella sstanza Q = m L Per il passaggi di stat ghiacci-acqua alla pressine atmsferica kcal L = 80 = 80 kg cal g 3 CAMBIAMENTI DI STATO Cambiamenti di stat che avvengn a tutte le temperature ed i rispettivi calri latenti dipendn dalla temperatura SOLIDO LIQUIDO sublimazine evaprazine VAPORE L evaprazine avviene sin a quand l ambiente nn raggiunge la saturazine, ciè nn può cntenere altre mlecle di quel liquid (vapre satur) La pressine tensine di vapre satur è caratteristica della sstanza ed è funzine crescente della temperatura 4 CAMBIAMENTI DI STATO Temperatura di un campine di acqua in funzine del temp quand viene smministrat un fluss cstante di calre a pressine cstante ( atm). Temperatura ( C) p= atm - 25 Temp 5

6 PROPAGAZIONE DEL CALORE Il calre si prpaga per cnduzine (nei slidi senza mviment di materia) cnvezine (nei fluidi cn mviment di materia) irraggiament (per nde elettrmagnetiche) La temperatura della pelle varia da punt a punt e sensibili variazini di temperatura hann lug quand esiste qualche anmalia circlatria cellulare. Su quest principi si basa la termgrafia, in grad di rivelare variazini di 0. C. 6 TERMOREGOLAZIONE La srgente del calre crpre è il metablism degli alimenti. Un um di 70 kg in cndizini di rips prduce circa 70 kcal/h; durante un esercizi fisic la prduzine di calre può essere anche 20 vlte maggire La temperatura del crp è rilevata da alcuni neurni dell iptalam, che sn sensibili alla temperatura del sangue circstante ed attivan alcuni meccanismi per mantenere affinché la temperatura rimanga cstantemente uguale a 37 C. 7 TERMOREGOLAZIONE I meccanismi di termreglazine pssn favrire la cessine del calre (vasdilatazine, sudrazine,...), ridurla (vascstrizine) prdurre calre (brivid,...). L equilibri si raggiunge quand: H m =H c +H i +H t +H e H m : calre prdtt dal metablism H c : calre dissipat per cnvezine H i : calre dissipat per irraggiament H t : calre dissipat per traspirazine del sudre H e : calre dissipat per evaprazine plmnare 8

7 LAVORO DI UN GAS Espansine di un gas a pressine cstante p B A B A V A V B V L= F h = ps h = p V Il lavr è una frma di trasferiment d energia fra sistema ed ambiente estern diversa dal calre. 9 PRIMO PRINCIPIO TERMODINAMICA Piché il calre ed il lavr sn due mdi di trasferiment dell energia, quand in un sistema termdinamic entra energia stt frma di calre Q ed esce energia stt frma di lavr L, la lr differenza viene immagazzinata dal sistema stt frma di energia interna U. Q U i U f L U = U f -U i = Q - L 20 SECONDO PRINCIPIO TERMODINAMICA I fenmeni naturali presentan un vers privilegiat di evluzine, quand avvengn spntaneamente: ) Il lavr si trasfrma in calre; 2) Il calre passa spntaneamente da un crp più fredd ad un crp più cald. È pssibile rvesciare il vers naturale di questi fenmeni È pssibile trasfrmare una parte del calre prelevat ad una srgente in lavr, ma ccrre cedere il rimanente ad un altra srgente ad una temperatura più bassa. È pssibile trasferire del calre da un crp fredd ad un crp cald, impiegand un cert lavr. 2

8 SECONDO PRINCIPIO TERMODINAMICA Calre e lavr, pur essend due diverse frme di energia, nn sn del tutt equivalenti: Il lavr è una frma di energia rdinata (più pregiata), mentre il calre è una frma di energia disrdinata (men pregiata). Frmulazine di Kelvin: È impssibile realizzare una macchina che, lavrand in cicl, trasfrmi interamente in lavr il calre prelevat ad una srgente. Frmulazine di Clausius: È impssibile che il calre passi da un crp più fredd ad un più cald senza una adeguata spesa di lavr. Si dimstra che le due frmulazini sn equivalenti. 22 METABOLISMO DEL CORPO UMANO L energia utilizzata dall rganism uman, per il su funzinament e per cmpiere una certa attività, è frnita dagli alimenti. Ad esempi: C 6 H 2 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O kcal alla pressine di atm ccrrn 34.4 litri di ssigen per liberare 666 kcal. Cntenut energetic del glucsi: 666 kcal kcal = g g Valre calric dell ssigen: kcal kcal 5 litri litr 23 METABOLISMO DEL CORPO UMANO Misurand il cnsum d ssigen è pssibile calclare la variazine di energia interna all intern dell rganism. Metablism basale: cnsum di energia per kg di pes crpre e per secnd in cndizini di rips. In media i valri sn: W W.2 per gli umini. per le dnne kg kg 24

9 METABOLISMO DEL CORPO UMANO Valri apprssimati delle ptenze metabliche per unità di massa relative ad un um di 20 anni durante l svlgiment di varie attività in W/kg Drmire Giacere svegli Sedere erett Stare in piedi Camminare Rabbrividire Pedalare Spalare Nutare Spstare mbili Sciare Crrere METABOLISMO DEL CORPO UMANO Il calre prdtt viene sl in parte trasfrmat in lavr. Il rest viene eliminat tramite i meccanismi di termreglazine Efficienza cn cui l rganism utilizza l energia chimica degli alimenti per cmpiere lavr efficienza L = U t U t t b Spalare Sllevare pesi Salire una scala Pedalare 3% 9% 23% 25% Camminare in salita 30% 26

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