UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PALERMO MASTER: MISSB. UDA di Fisica

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PALERMO MASTER: MISSB UDA di Fisica CLASSE V Scheda di Fisica di: Rosalia Rinaldi Prof.ssa Sperandeo 1

2 PREMESSA: Calore e temperatura sono concetti che ricorrono frequentemente nel nostro linguaggio quotidiano e che vengono spesso confusi proprio perché sono legati a percezioni sensoriali. Fin dalla sua origine il concetto di calore è stato associato, confuso, sostituito con quello di temperatura ed ancora oggi il linguaggio comune ci induce in errore; per esempio quando parliamo di un oggetto caldo ci riferiamo alla temperatura e non alla quantità di calore: una giornata calda è una giornata in cui la temperatura è elevata. Il misconcetto che ne è alla base vede il calore come una proprietà di un corpo e la temperatura come misura del calore del corpo stesso. SCOPO DELL ESPERIMENTO: L'attività esperienza di Locke viene utilizzata in quest UDA per chiarire la distinzione tra calore e temperatura, e introdurre la necessità di uno strumento di misura della temperatura oggettivo e non legato a percezioni soggettive derivate dai nostri sensi (sensazioni tattili). Il calore è una forma di trasferimento di energia. Ovviamente esiste una relazione tra calore e la temperatura: il calore passa da un corpo all altro per effetto della differenza di temperatura. Lo scopo è portare gli alunni alla consapevolezza che le sensazioni di caldo e freddo rilevate dai nostri sensi, infatti, non dipendono soltanto dalla temperatura degli oggetti ma anche dalla temperatura iniziale del nostro corpo. Attraverso questa attività lo sperimentatore dovrebbe essere indotto ad acquisire il fatto che le sensazioni di caldo e freddo sono legate all energia in transito (calore) e non solamente alla temperatura del corpo. Ciò dovrebbe aiutare a non confondere, come spesso accade, i concetti di calore e temperatura. In questa attività si chiede allo sperimentatore di confrontare le proprie sensazioni termiche con le misure fornite dai sensori; In terza elementare viene sviluppato il tema della misura, già introdotto, a livello qualitativo, nel primo ciclo. È intorno agli otto anni, infatti, che i bambini incominciano a sentire l esigenza di una descrizione più esatta delle cose che li circondano. Il problema è affrontato da un punto di vista prevalentemente operativo. FINALITA 1. Comprensione dei procedimenti caratteristici dell indagine scientifica; 2. analizzare situazioni reali e di risolvere semplici problemi; 6. ricercare un riscontro obiettivo delle proprie ipotesi interpretative; 2

3 7. leggere la realtà tecnologica; OBIETTIVI: 1. sviluppare la metodologia sperimentale; 2. acquisire consapevolezza sulla misura della grandezza fisica della temperatura, strumenti utilizzati, ordini di grandezza e approssimazioni; 5. raccogliere, ordinare e rappresentare dati; 6. saper leggere e ricavare informazioni significative da tabelle, grafici ed altra documentazione scientifico-tecnologica; 7. utilizzare o elaborare semplici programmi da verificare con l'elaboratore, per la risoluzione di problemi o per la simulazione di fenomeni; 8. introdurre il concetto di temperatura; 9. aiutare a chiarire la differenza tra calore e temperatura; comprendere la differenza tra calore e temperatura attraverso attività in cui si manipolano oggetti e si confrontano le sensazioni termiche con le misure ottenute utilizzando i sensori di temperatura. Indurre l idea che la quantità di calore non è una forma di energia, ma è uno dei modi per misurare quanta energia è entrata o uscita dal corpo; MATERIALI: n. 21 becker; n. 1 fornellino elettrico; n. 21 sensori di temperatura collegati con porta USB; n. 7 PC con installato il software Logger Pro PASSI OPERATIVI: 1) Dividere gli alunni in piccoli gruppi (n. 3 4); ogni gruppo si posizionerà in un banchetto da laboratorio 2) Preparare tre becker da mezzo litro 3) Mettere in un becker dell acqua di rubinetto e tenerla per un po di tempo in frigorifero. Riempire il secondo becker con dell acqua di rubinetto. Mettere nel terzo beker dell acqua calda (circa 60 C) che avremo riscaldato con un fornellino elettrico. Avremo così tre sistemi a temperature diverse: 3

4 nel primo becker acqua fredda (circa 2 C - 5 C) nel secondo becker acqua calda (circa 50 C- 60 C) nel terzo becker acqua a temperatura ambiente (15 C-20 C) 4) Dire agli alunni di immergere un dito di una mano nell acqua calda e un dito dell'altra nell acqua fredda, tenerli immersi circa un minuto, poi metterli entrambi nell acqua tiepida. 5) Dire agli alunni di concentrarsi sulle sensazioni termiche delle dita; l insegnante farà osservare che sono differenti, anche se si trovano immerse in uno stesso liquido a temperatura uniforme. 6) Fare scrivere le proprie osservazioni e rispondere alla domanda: perché le sensazioni termiche delle dita immerse nell acqua del bicchiere sono diverse? 7) Fare riprodurre l esperimento utilizzando i sensori di temperatura. Utilizzando le sonde di temperatura, infatti, si può simulare la situazione nella quale si sono trovate le dita. 8) Acquisire le temperature con tre sensori di temperatura on-line, impostando la registrazione ogni 3 secondi per 60 volte. 9) Osservare il grafico ottenuto; discuterne con i compagni e con l insegnante. Si chiede agli alunni di confrontare le proprie sensazioni termiche col le misure fornite dai sensori (vedi osservazioni e spunti di discussione); OSSERVAZIONI E SPUNTI DI DISCUSSIONE 4

5 Dal grafico ottenuto è ben visibile il regime transitorio dei due sensori, l uno che si riscalda e l altro che si raffredda. Si può così spiegare che le sensazioni di caldo e freddo sono dovute, oltre alla conducibilità dei materiali, anche alla temperatura iniziale delle nostre mani. La sensazione di freddo o di caldo è infatti essenzialmente dovuta al fatto che l oggetto toccato sottrae o cede energia termica alla mano. Attraverso queste due attività lo sperimentatore dovrebbe essere indotto ad acquisire il fatto che le sensazioni di caldo e freddo sono legate all energia in transito (calore) e non solamente alla temperatura del corpo. Il nostro senso tattile ci avverte distintamente che un corpo è caldo e un altro freddo. Tuttavia, come abbiamo visto, tale criterio è meramente qualitativo e insufficiente per una valutazione quantitativa. Quindi per rendere possibile una misura, cioè una valutazione oggettiva, delle sensazioni di caldo e freddo, è necessario introdurre una grandezza fisica adatta: la temperatura. La temperatura è una grandezza scalare, fondamentale, che si rileva con il termometro e si misura in gradi centigradi (C ). La temperatura quindi definisce oggettivamente le sensazioni di caldo e di freddo; infatti giudichiamo un corpo caldo se la sua temperatura è maggiore della nostra temperatura corporea (circa 37 C), mentre lo diciamo freddo se la sua temperatura è minore di quella corporea. Dott.ssa Rosalia Rinaldi 5