Termoscopio di Galileo Sfrutta la dilatazione termica dell aria contenuta al suo interno.

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Cornelio Massari
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2 Danno informazioni sullo stato termico di un corpo (ma non ne misurano la temperatura): a contatto con esso, assumono la sua stessa temperatura (si dice che raggiungono l equilibrio termico). Termoscopio di Galileo Sfrutta la dilatazione termica dell aria contenuta al suo interno. Antenato del termometro Sfrutta la dilatazione termica del liquido contenuto al suo interno.

3 100 divisioni equidistanziate In condizioni normali (pressione atmosferica 1, Pa): 1) L acqua entra in ebollizione sempre alla stessa temperatura. 100 C 2) L acqua si congela sempre alla stessa temperatura. 0 C 100 C 3) L altezza del fluido nel capillare varia linearmente con la temperatura (aumenta con regolarità: uguali incrementi di temperatura producono uguali incrementi d altezza). h (mm) 0 C h 100 h T ( C)

4 x = temperatura y = altezza del fluido Che relazione c è tra le grandezze x e y? Dati: L altezza del fluido a 0 C è pari a 50 mm. Ad ogni variazione di 1 C l altezza aumenta di 2 mm. x C y mm 2 C 54 mm 1 C 52 mm 0 C 50 mm x ( C) y (mm) y (mm) mm y = 2x x ( C)

5 Due grandezze x e y si dicono linearmente dipendenti se sono legate dalla relazione: y = m x + q Dove m e q sono dei valori costanti. Il numero m si dice coefficiente angolare, il numero q si dice intercetta. Il grafico è una retta che non passa per l origine. q è il punto di intersezione tra la retta e l asse y y q m influenza la pendenza della retta 0 x

0 C 273,15 K 3) La relazione che lega C e K è: T = t + 273,15 La scala Farenheit -273,15 C 0 K Nella

6 100 divisioni 100 divisioni Celsius (t) Kelvin (T) 1) La differenza di 1 C corrisponde alla differenza di 1 K. 100 C 373,15 K 2) L origine della scala Kelvin corrisponde allo zero assoluto. 0 C 273,15 K 3) La relazione che lega C e K è: T = t + 273,15 La scala Farenheit -273,15 C 0 K Nella scala Farenheit, l acqua si ghiaccia a 57,6 F e bolle a 237,6 C. La relazione che lega C a F è: t F = 9 5 (t C + 32)

7 Temperatura T 1 L 1 ΔL Temperatura T 2 L 2 La lunghezza della sbarra varia al variare della temperatura. Detta L 1 la sua lunghezza alla temperatura T 1, e L 2 la sua lunghezza alla temperatura T 2, si ha: ΔL = L 1 λ ΔT dove λ è una costante detta coefficiente di dilatazione lineare, che dipende dal materiale di cui è costituito il corpo. L unità di misura di λ è: λ = 1 o λ = 1 K C Nota Bene Analogamente varia il volume di un fluido, secondo la legge: ΔV = V 1 α ΔT dove α è una costante detta coefficiente di dilatazione volumica, che dipende dal fluido.

8 Il comportamento anomalo dell acqua V 0 C 4 C t

Indicheremo con segno positivo il calore acquisito, e con segno negativo il calore ceduto da un corpo.

9 Il calore Q è energia che sta transitando da un corpo all altro (ciò succede ogni volta che c è un «dislivello di temperatura» tra due corpi). Nota Bene Il corpo più caldo cede parte della sua energia al corpo più freddo. Indicheremo con segno positivo il calore acquisito, e con segno negativo il calore ceduto da un corpo. Storicamente il calore si misura in calorie. Una caloria è la quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di 1 grammo di acqua distillata da 14,5 C a 15,5 C. Il calore non è la temperatura di un corpo. Q = cal

Q (cal) ΔT (K) 90 1 180 2 270 3 Q (cal) ΔT (K) 210 1 420 2 630 3 Il calore fornito ad un corpo ed il suo

10 Rame Alluminio Non tutti i materiali aumentano la temperatura allo stesso modo quando gli viene fornito calore. Q (cal) ΔT (K) Q (cal) ΔT (K) Il calore fornito ad un corpo ed il suo aumento di temperatura sono direttamente proporzionali. La costante di proporzionalità prende il nome capacità termica, e dipende dalla massa e dal materiale di cui è costituito il corpo. C = Q ΔT Q = C ΔT

11 Il calore Q fornito (o sottratto) ad un corpo e la variazione di temperatura T che esso subisce sono direttamente proporzionali. La costante di proporzionalità C prende il nome di capacità termica: dipende dalla sostanza di cui è fatto il corpo e dalla sua massa. C = Q T oppure Q = C T L unità di misura della capacità termica è: [C] = cal K Nota Bene La capacità termica indica il calore che bisognerebbe fornire al corpo perché la sua temperatura aumenti di 1 K. La capacità termica è a sua volta direttamente proporzionale alla massa del corpo: C = c s m dove la costante c S è detta calore specifico, e dipende dalla sostanza di cui è costituito il corpo.

Conduzione E il meccanismo di spostamento del calore con trasporto di energia, ma senza spostamento

Convezione E il meccanismo di spostamento del calore con trasporto di materia, dovuto alla presenza

Interessa soprattutto liquidi e gas, che hanno un basso coefficiente di conducibilità termica.

12 Conduzione E il meccanismo di spostamento del calore con trasporto di energia, ma senza spostamento di materia. Interessa soprattutto i solidi. Convezione E il meccanismo di spostamento del calore con trasporto di materia, dovuto alla presenza di correnti nei fluidi. Interessa soprattutto liquidi e gas, che hanno un basso coefficiente di conducibilità termica. Irraggiamento E il meccanismo di spostamento del calore nel vuoto. Ogni corpo può assorbire, emettere o riflettere le radiazioni elettromagnetiche che lo investono (si tratta di onde che trasportano energia e si possono propagare anche nel vuoto).

Ogni passaggio di stato : Avviene ad una temperatura determinata (che dipende dalla sostanza); Si realizza a temperatura costante; Necessita della quantità di calore: I passaggi di stato dell acqua Q

13 Ogni passaggio di stato : Avviene ad una temperatura determinata (che dipende dalla sostanza); Si realizza a temperatura costante; Necessita della quantità di calore: I passaggi di stato dell acqua Q = L m dove m è la massa della sostanza che cambia stato, e L è detto calore latente, e dipende dalle caratteristiche della sostanza. L = J kg T (K) eboll./cond. vapore acqua + vapore fusione/solid. acqua ghiaccio + acqua ghiaccio Q (J)

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