Le grandezze. grandezza. Grandezze estensive e intensive 03/03/2019. Qualunque proprietà della materia che è soggetta ad essere misurata si definisce

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1 Le grandezze Le grandezze Qualunque proprietà della materia che è soggetta ad essere misurata si definisce grandezza Grandezze estensive e intensive Le grandezze estensive dipendono dalle dimensioni del campione. Le grandezze intensive non dipendono dalle dimensioni del campione. Grandezze estensive Grandezze intensive massa densità volume peso specifico lunghezza temperatura 1

2 Il volume è una grandezza estensiva ed è definito come la porzione di spazio occupata da un corpo. L unità di misura è il metro cubo (m 3 ). Nella pratica si usa anche il litro (L), sebbene sia una misura di capacità e non di volume: 1m 3 = 1000 L 1L = 1dm 3 1mL = 1cm 3 Per misurare il volume si opera in modi diversi a seconda dello stato fisico della materia. Per gli aeriformi non ha senso misurare il volume perché non possiedono un volume proprio, ma quello del recipiente in cui sono contenuti. Il volume di un aeriforme corrisponde quindi alla capacità del recipiente. Per i liquidi si usa il cilindro graduato, in cui si versa il liquido da misurare. In alternativa si può usare la pipetta graduata o la buretta. 2

3 Nel misurare il volume di un liquido si possono compiere due errori. Il primo è detto errore di parallasse, dovuto al non perfetto allineamento dell occhio con il livello del liquido. L altro errore dipende dal fatto che il livello del liquido non è perfettamente piano ma forma una curva, detta menisco, che può essere concava o convessa. Il menisco fa apparire sdoppiato il livello del liquido. In caso di menisco concavo il volume si legge osservando la linea più in basso. In caso di menisco convesso la lettura si fa osservando la linea più in alto. 3

4 Per misurare il volume di un solido si hanno a disposizione due diverse tecniche: 1. misura diretta 2. misura indiretta La misura diretta si usa per i solidi regolari e consiste nel misurare le dimensioni del corpo ed applicare le formule della geometria. La misura indiretta si usa per i solidi irregolari. Consiste nell immergere il corpo nell acqua contenuta in un cilindro graduato e considerare la differenza di livello. 2. Massa e peso Si tratta di due misure estensive. La massa è la misura della resistenza che un corpo oppone alla variazione del suo stato di quiete o di moto. L unità di misura è il kilogrammo (Kg), lo strumento di misura è la bilancia a due bracci (uguali) o bilancia tecnica. 4

5 2. Massa e peso La misura della massa si fa per confronto. Su un piatto si mette la sostanza da misurare, sull altro si pongono masse-campione finché l asta non è in equilibrio. 2. Massa e peso Il peso è la misura della forza con cui un corpo viene attratto dalla Terra. L unità di misura è il newton (N), lo strumento di misura è il dinamometro. 2. Massa e peso La massa non cambia con la posizione del corpo. Il peso invece cambia perché dipende dall accelerazione di gravità (g): P = m g sulla Luna il peso di un corpo è circa sei volte inferiore che sulla Terra 5

6 2. Massa e peso Nell uso quotidiano massa e peso sono spesso confusi (così come i rispettivi strumenti di misura). L errore non è particolarmente grave perché finché si rimane sulla Terra possiamo considerare costante l accelerazione di gravità e quindi: P = km 3. Densità e peso specifico La densità è il rapporto fra la massa e il volume di un corpo: d = m/v Il peso specifico è il rapporto fra il peso e il volume, corrisponde alla densità per l accelerazione di gravità: Ps = P/V = m g/v = d g Densità e peso specifico sono grandezze intensive. 3. Densità e peso specifico L unità di misura della densità è il kg/m 3 (o g/dm 3 ). Lo strumento di misura per la densità dei liquidi è il picnometro 6

7 4. Pressione La pressione è il rapporto fra una forza e l area della superficie su cui essa agisce: P = F/s L unità di misura è il pascal (Pa). Pa = N/m 2 = kg m 1 s 2 È una grandezza estensiva di cui esistono anche altre unità di misura 4. Pressione La pressione si misura con il manometro 5. Energia L energia è la capacità di compiere un lavoro o di trasferire calore. Si misura in joule (J). Distinguiamo: energia cinetica: energia posseduta da un corpo in movimento energia potenziale: energia posseduta dai corpi in virtù della loro posizione o della loro composizione 7

8 Energia cinetica Energia potenziale Un corpo che si muove ha SEMPRE energia cinetica 1 E = mv 2 2 massa velocità Energia che un corpo ha a causa della posizione in cui si trova e della sua composizione E = mgh massa g = 9,8m s 2 accelerazione di gravità altezza La temperatura è una grandezza intensiva che descrive lo stato termico di un corpo, ovvero la direzione in cui fluisce il calore, non è quindi una misura del calore che un corpo possiede. Caldo e freddo sono sensazioni soggettive: un oggetto ci sembra freddo quando il calore fluisce dalla mano all oggetto, è caldo quando il calore fluisce in senso contrario. Si preparano tre recipienti contenenti uguali masse d'acqua calda, fredda e tiepida. Si immerge la mano sinistra nell acqua fredda e la destra in quella calda e poi entrambe nell acqua tiepida. La mano sinistra avvertirà una sensazione di caldo, la destra una di freddo pur essendo entrambe alla stessa temperatura. 8

9 La misura della temperatura viene effettuata con il termometro e l unità di misura è il grado ( ) Un termometro sfrutta la capacità del calore di trasferirsi tra corpi a diversa temperatura finché le temperature non sono diventate uguali. Per far questo si utilizza un liquido contenuto in un tubicino di vetro provvisto di un bulbo. Se il termometro viene messo a contatto con un corpo a temperatura maggiore, del calore si trasferisce dal corpo al liquido del termometro che, dilatandosi, aumenta di volume. Il contrario accade quando il termometro viene messo a contatto con un corpo a temperatura minore. I termometri vengono graduati secondo diverse scale termometriche. Le più usate sono: scala Celsius ( C) scala Fahrenheit ( F) scala Kelvin (K) K = C + 273,15 9

10 Il calore è un modo di trasferire energia da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura minore: è energia in transito. È una grandezza estensiva perché, a parità di temperatura, il trasferimento dipende dalla quantità di materia. Il calore si misura col calorimetro e la sua unità di misura è il joule (J). Comunemente si usa anche la caloria: 1 caloria = 4,186 joule Fornire calore (riscaldare) significa aumentare l energia interna di un corpo. Sottrarre calore (raffreddare) significa diminuire l energia interna di un corpo. L energia interna è la somma dell energia cinetica e potenziale di tutte le particelle che formano un sistema. Poiché l energia potenziale non cambia, il calore va ad incrementare l energia cinetica delle particelle che formano il sistema. 10

11 6. Calore e temperatura Possiamo quindi dire che: 1. il calore è l energia totale del sistema e come tale è una grandezza estensiva 2. la temperatura è la media dell energia cinetica del sistema e come tale è una grandezza intensiva 7. Calore specifico L effetto provocato su un corpo da una certa quantità di calore dipende dalla natura del corpo. Per esempio, fornendo uguali quantità di calore a 1 kg di acqua e a 1 kg di ferro, si ottengono diverse temperature finali. Ne consegue che, a seconda delle sostanze, è diversa la quantità di calore necessaria a farne aumentare di 1 C la temperatura. Tale quantità di calore è detta calore specifico. 7. Calore specifico L unità di misura del calore specifico è joule su kilogrammo per grado (J/kg C). Se una sostanza ha un elevato calore specifico significa che, a parità di calore, si scalda e/o si raffredda lentamente. L acqua, per esempio, ha un calore specifico eccezionalmente alto: 4,186 J/g C. 11