Classe 2C e 2D Liceo B. Cavalieri Anno scolastico 2013/2014

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2 Classe 2C e 2D Liceo B. Cavalieri Anno scolastico 2013/2014

3 Che cosa è la temperatura? La temperatura è una grandezza scalare che esprime con un valore lo stato termico di un sistema, e può essere misurata con il termometro.

4 Storia della temperatura All'inizio del 17 secolo vi erano poche informazioni sul calore e la temperatura. La maggior parte delle opinioni a quel tempo erano basate sugli scritti del fisico greco Galeno. Il suo termometro clinico era basato sulle idee di Aristotele ed egli assunse l ipotesi che le persone differissero in base alla loro proporzione di caldo, freddo, umidità e secchezza.

5 Nel 1578 Hasler di Berna allestì una scala clinica di temperatura in cui vi erano i quattro gradi di calore di Galeno e i quattro gradi di freddo con lo zero nel mezzo. Questi erano correlati con la latitudine della superficie della Terra così che gli abitanti delle regioni polari corrispondevano ai quattro gradi di freddo e quelli delle regioni equatoriali ai quattro gradi di caldo. A quel tempo non c era uno strumento che si potesse chiamare termometro. Qui si fa una distinzione tra uno strumento che dava solo un indicazione di cambiamenti di temperatura (termoscopio) e uno che poteva essere tarato in termini di una scala (termometro). Si pensa generalmente che il primo termometro sia stato il termometro ad aria inventato da Galileo intorno al 1592; ma sono ancora oscuri i dettagli dei primi termometri ed è altresì non definito chi li ha costruiti.

6 Il termine termometro apparve per primo nel 1626 in un lavoro di Jean Laurichon. La scala di questi termometri era arbitraria furono costruiti in modo che fossero simili l uno all altro da poter essere usati per reali misure meteorologiche comparative.la scala di questi termometri era il risultato nello stabilire che il massimo di calore d estate dava un valore di40 gradi e il maggior freddo in inverno dava un valore di 11. In questa scala fiorentina il punto del ghiaccio era 13 gradi.nel 1661, uno dei termometri arrivò nelle mani di Robert Hooke che era il curatore degli esperimenti della Royal Society di Londra per l avanzamento delle conoscenze, fondata nel 1660.Hooke mise a punto una scala basata sulla marcatura della colonna per incrementi eguali di volume del bulbo partendo dal punto di congelamento dell acqua. La sua scala andava da -7 gradi all estremo freddo invernale a + 13 gradi al massimo calore estivo.

7 Sono seguiti poi i lavori di Fahrenheit e Amontons. Fahrenheit fu il primo a rendere attendibili i termometri di vetro a mercurio tarandoli in due punti fissi e dividendo l intervallo in un conveniente numero di gradi. Egli attribuì al punto di congelamento dell acqua 32 gradi e alla temperatura naturale del corpo umano 96 gradi. Amontons sviluppò un termometro a gas a volume costante. Egli scoprìche il rapporto tra il massimo calore estivo ed il massimo freddo invernale era a Parigi pari al rapporto di sei a cinque. Egli concluse che la temperatura più bassa possibile doveva essere quella corrispondente alla pressione zero del gas. Suggerì che si potesse stabilire una scala di temperature basata proprio su un punto fisso, con temperature semplicemente proporzionali alla pressione del gas. Questo fu l inizio della termometria moderna.

8 Le scale - Scala Celsius - Scala Kelvin - Scala Fahrenheit

9 Scala Kelvin L'unità di misura base della temperatura nel Sistema Internazionale è il kelvin (simbolo K). Il punto di ebollizione corrisponde a 373 e quella di fusione a t(k)= T( K)-273

10 Scala Celsius La scala Celsius (scala centigrada) nella quale si assume il valore di 0 C corrisponde al punto di fusione del ghiaccia e il valore di 100 C corrisponde al punto di ebollizione dell'acqua a livello del mare. La formula serve per convertire i gradi Celsius in gradi Kelvin: T(K)= T( C)+ 273

11 Scala Fahrenheit Su questa scala il punto di congelamento dell'acqua corrisponde a 32 F e quello di ebollizione a 212 F. La seguente equazione converte i gradi Fahrenheit in gradi Celsius:

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13 Gli strumenti : - Termometro - Igrometro - Termistore - Termocoppia - Termoresistenza - Pirometro

14 Termometro Il termometro è un termoscopio graduato costituito da un bulbo di vetro contenente un liquido, messo in comunicazione con un capillare.

15 Bulbo: Un bulbo di vetro contenente un liquido.(olio o mercurio) Capillare:Un capillare di vetro in comunicazione con il bulbo Scala:Una scala graduata( C,K o F) Per misurare la temperatura attraverso il livello del liquido.

16 TIPI DI TERMOMETRO Esistono vari tipi di termometri, a seconda della proprietà termometrica sfruttata e della sostanza termometrica utilizzata. I termometri a liquido sono costituiti da un bulbo di vetro riempito di un liquido la misurazione di temperature comprese tra 180 C e 650 C

17 I termometri a variazione di pressione misurano le variazioni di pressione di un gas (idrogeno, elio ecc.) indotte da variazioni di temperatura. Misurano temperature tra 270 C e 1700 C I termometri bimetallici sfruttano la dilatazione termica dei metalli: sono costituiti da due strisce formate da due metalli con diversi coefficienti di dilatazione, saldati insieme a forma di spiralemisurano temperature tra 50 C e 500 C

18 Igrometro L'igrometro è uno strumento che misura l'umidità relativa dell'aria, ovvero il rapporto tra l'umidità assoluta, definita come la quantità di vapore acqueo presente nell'atmosfera in un dato istante, e l'umidità di saturazione, cioè la quantità massima di vapore acqueo che può essere presente ad una data temperatura e pressione.

19 Gli igrometri possono essere: -A capello -A condensazione -A bulbo umido -Elettronico

20 Termocoppia La termocoppia è un sensore di temperatura largamente diffuso. In particolare le termocoppie sono ampiamente utilizzate perché economiche, facilmente sostituibili, standardizzate e possono misurare un ampio intervallo di temperature. Il loro limite più grande è l accuratezza, infatti errori sistematici minori di un grado celsius sono difficili da ottenere.

21 Inoltre le termocoppie sono dei dispositivi non lineari, nonostante il loro vasto utilizzo. Un gruppo di termocoppie poste in serie viene detto termopila.

22 Termistore In automazione ed elettronica un termistore è un resistore il cui valore di resistenza varia in maniera significativa con la temperatura. Il termine deriva dalla parola inglese thermistor, che è una combinazione delle parole thermal e resistor. I termistori sono ampiamente utilizzati come limitatori della corrente di spunto, sensori di temperatura e per la protezione di circuiti.

23 Termoresistenza La termoresistenza, comunemente chiamata termometro a resistenza o RTD (dall acronimo inglese Resistance Temperature Detector), è un sensore di temperatura che sfrutta la variazione della resistività di alcuni materiali al variare della temperatura. In particolare per i metalli esiste una relazione lineare che lega resistività e temperatura.

24 Esistono in commercio diversi tipi di termoresistenza, generalmente abbastanza resistenti agli agenti corrosivi, che possono misurare temperature in un buon intervallo di temperatura (anche se inferiore a quello delle termocoppie) e che soprattutto hanno un'ottima linearità. Molto diffuse sono le cosiddette Pt100 e Pt1000, ovvero termoresistenze in platino (Pt), in cui la resistenza alla temperatura di 0⁰C

25 Pirometro Il pirometro è il primo tipo di termometro a irraggiamento, inventato da Wedgwood per misurare la temperatura delle fornaci da ceramica: consiste in sistema con uno schermo su cui confrontare la radiazione visibile proveniente dal corpo e quella di una lampada a incandescenza in serie con un reostato. L intensità luminosa della lampada viene fatta coincidere con quella del corpo, quindi viene misurata la temperatura della stessa da un termometro a filamento accoppiato allo schermo quindi alla stessa temperatura del corpo emettente.

26 Approfondimenti: - TIT misurazione temperatura nei macchinari industruali - Clima sotterraneo

27 Tecniche di misurazione della TIT La misura della temperatura dei gas in ingresso alla turbina presenta notevoli problemi tecnologici, dovuti non tanto alla mancanza di sensori primari, quanto alla difficoltà di garantirne una fibra ottica per altissima temperatura (zaffiro) che raccoglie l emissione infrarossa della punta dell elemento del gas.

28 Impianti a turbogas Negli impianti turbogas per la produzione di energia elettrica, la disponibilità di informazioni in linea sulla temperatura dei gas caldi in ingresso alla turbina e sulla temperatura in esercizio delle palette consentirebbe di ottimizzare le diverse fasi di sviluppo.

29 Clima sotterraneo Scendendo in profondità nella crosta terrestre, le temperature aumentano gradatamente (circa 3 C ogni 100 m): il fenomeno è ben noto nelle miniere, dove in profondità si raggiungono temperature molto elevate.

30 Si potrebbe pensare che all interno delle grotte accada lo stesso: in realtà, a causa della forte circolazione d'aria che è sempre presente all'interno delle grotte, la temperatura all interno di una grotta è costante tutto l anno. La temperatura dell acqua all interno della grotta è in equilibrio con quella dell aria, ed è anch essa costante tutto l anno. Le sorgenti carsiche quindi si riconoscono da sorgenti di altro tipo per la costanza della temperatura e per il fatto che questa normalmente è più alta della temperatura dei corsi d acqua esterni in inverno e più bassa in estate. Diverso è il discorso, naturalmente, quando le grotte siano alimentate da acque di provenienza profonda, in genere più calde.

31 Gli esperimenti Esperimento sulla dilatazione termica dei solidi Esperimento sulla dilatazione termica dei liquidi Esperimento sulla dilatazione termica dei gas

32 Esperimento 1: dilatazione termica dei solidi Le variazioni di temperatura nei corpi sono accompagnate da altri fenomeni, per esempio la dilatazione termica interessa sia i solidi, i liquidi e gli aeriformi. La dilatazione termica consiste nel fatto che nella maggioranza dei casi, quando si aumenta la temperatura di un corpo, il suo volume aumenta. occorrente: 1 bruciatore ad alcool (fiamma), 1 dilatoscopio cubico

33 Procedimento: si tiene con una mano la flangia con il foro centrale, con l altra mano si sostiene tramite il gancio la sfera metallica con catenella. Si osserva che a temperatura ambiente la sfera passa agevolmente attraverso il foro della flangia. poi si riscalda la sfera ponendo sotto di essa il bruciatore acceso, per almeno 10 minuti. poi si spegne il bruciatore. si riprende la flangia, si sovrappone la sferetta in corrispondenza del foro. Si vede che una volta riscaldata la sfera non passa più attraverso il foro (questo perché il metallo della sferetta si è dilatata facendo aumentare il volume della sferetta).

34 Esperimento 2: dilatazione termica dei gas Esperimento che evidenzia che anche i gas si dilatano. occorrente: 1 beuta, un tubetto di vetro col tappo, 1 bicchiere. Procedimento: -si riempie il bicchiere pieno d acqua, poi tenendo la beuta con una pezzuola per non riscaldarla con le mani, si infila il tappo nel suo collo con una buona pressione. -se si immerge l estremità del tubetto nell acqua tenendo in mano la beuta, si vedranno delle bollicine di aria gorgogliare in prossimità del tubetto, poi affiorare alla superficie dell acqua

35 Esperimento 3: dilatazione termica dei gas Esperimento che evidenzia che anche i liquidi si dilatano. occorrente: 1 bruciatore ad alcool, 1 sostegno a treppiede, 1 beuta da 100 ml, 1 tubetto lineare col tappo, 2 anellini di gomma, 1 termometro.

36 Procedimento: si riempie la beuta di acqua fredda quasi fino al bordo, e si misura la temperatura dell acqua. si infila nel suo collo il tappo di gomma provvisto del tubo di vetro, in modo che non rimangano imprigionate bolle d aria e che l acqua salga nel tubetto. si segna con uno de due anellini in gomma la posizione iniziale dell acqua. si mette la beuta così montata sul bruciatore acceso, si osserva che man mano l acqua del tubetto inizia a salire anche se non si aggiunge altra acqua, questo perché l acqua della beuta riscaldata va incontro a dilatazione ed aumenta di volume.

37 Fine! Grazie Per L attenzione

38 Classe 2C: -Tang Zixiong -Varini Matteo - Monaco Marco - De Rizzo Matteo Classe 2D: -Agrati Giorgia - Marone Laura - Mattioni Luca - Cimaschi Luca - Davide Rossi