1. L'ACQUA SCOMPARE (Perché il calore asciuga un oggetto bagnato?) Materiale occorrente: Due bicchieri uguali Un piattino Un pennarello Acqua

Transcript

1 1. L'ACQUA SCOMPARE (Perché il calore asciuga un oggetto bagnato?) Due bicchieri uguali Un piattino Un pennarello Riempire i due bicchieri d'acqua fino allo stesso livello e segnarlo con il pennarello Coprire uno dei due bicchieri con il piattino Mettere i due bicchieri sul termosifone oppure al sole Il giorno dopo il livello dell'acqua nel bicchiere scoperto è più basso; quello nel bicchiere coperto è pressoché identico Dov è finita l acqua che manca? Lasciando i bicchieri nella stessa situazione per un tempo più lungo (una settimana) assisteremo alla completa scomparsa dell acqua nel bicchiere scoperto L'acqua contenuta nel bicchiere scoperto, per effetto del calore, è evaporata, cioè si è trasforn1ata in minuscole, invisibili goccioline di vapore acqueo che si sono mescolate con l'aria e sono "volate via". Ecco perché i panni stesi al sole si asciugano. Oltre al calore, anche l'aria in movimento (il vento o il nostro soffio) facilita l'evaporazione: perché sposta il vapore acqueo che si stacca dall'oggetto bagnato e rende l'aria circostante disponibile ad accoglierne altro. Le trasformazioni dell'acqua. L'acqua è un liquido, ma il freddo la trasforma in solido (ghiaccio, neve, brina...) e il calore in gas che scompare nell'aria (vapore acqueo). Studiando il ciclo dell'acqua e ci possiamo come si formano le nubi, la pioggia o la nebbia, scoprire che l'acqua è anche nell'aria, capire perché si pattina sul ghiaccio e perché in inverno i finestrini si appannano. Punto d ebollizione. Quando l'acqua raggiunge i 100 C comincia a bollire: nel liquido si formano bolle di vapore che sfuggono nell'aria attraverso la superficie. La temperatura d ebollizione varia col variare della pressione. In alta montagna, ad esempio, la massa d'aria che sovrasta la superficie terrestre è minore, quindi la pressione atmosferica è più bassa: 1'acqua perciò raggiunge l'ebollizione ad una temperatura inferiore ai 100 C.

2 2. L ACQUA SE NE VA E POI RITONA Un pentolino Un coperchio d'acciaio Un fornello Riempire d'acqua il pentolino e metterlo sul fuoco Quando l'acqua bolle mettere il coperchio nella nuvola di vapore che si alza dall'acqua Sul coperchio si formano delle gocce d'acqua Guardando in controluce il vapore si noteranno degli sbuffi simili a piccole nuvole Il vapore sale verso l alto Il vapore acqueo che si sprigiona dall'acqua in ebollizione, a contatto con il freddo del coperchio perde calore e ritorna immediatamente allo stato liquido: questo fenomeno è chiamato condensazione. L acqua compie, quindi, un percorso di andata e ritorno fra lo stato liquido e quello gassoso. La pioggia. Col calore del sole l'acqua evapora da laghi, fiumi, mari, dalle piante e dalla nostra pelle. L'enorme quantità di particelle di vapore acqueo che sale nell'atmosfera così come il nuvoletta che fuoriesce dal nostro pentolino. Il vapore raffreddandosi, si condensa in minuscole gocce d'acqua, che si raggruppano formando le nuvole nel cielo. Se una nuvola incontra dell'aria calda si disperde evaporando, se incontra aria fredda, invece, le gocce che la formano si uniscono tra loro e diventano troppo pesanti perché siano sostenute dall'aria: ecco che allora precipitano al suolo sotto forma di pioggia.

3 3. ACQUA DAL NULLA (L'umidità dell'aria) Un bicchiere e un congelatore Mettere il bicchiere perfettamente asciutto, nel congelatore Dopo 30 minuti tirarlo fuori e riponilo sul tavolo Immediatamente il bicchiere si appanna; poco dopo sulle sue pareti si formano minute goccioline: se le tocchi il tuo dito s inumidisce Nel congelatore le pareti del bicchiere si sono raffreddate. Quando rimuoviamo il bicchiere dal congelatore e lo portiamo sul tavolo, l'aria viene a contatto con il bicchiere e si raffredda. Il vapore acqueo che essa contiene si trasforma in minuscole gocce d'acqua che inumidiscono il vetro. Col passare del tempo, le gocce diventano sempre più grandi e, se si attende abbastanza, si vedranno scivolare lungo le pareti del bicchiere. Nelle giornate umide, quando d estate c è afa o d inverno piove, la quantità di vapore acqueo nell aria è molto grande. In queste giornate, il bicchiere freddo sarà coperto di acqua molto più velocemente e le grandi gocce si formeranno subito. D'inverno i finestrini delle automobili si appannano perché il nostro fiato, ricco di vapore acqueo, si condensa in gocce d'acqua non appena entra in contatto con i1 vetro freddo. Per lo stesso motivo, d estate le bottiglie e le lattine portate fuori dal frigorifero si bagnano immediatamente. Il vapore acqueo, a contatto con aria fredda, si condensa e ritorna acqua, dando origine alla pioggia.

4 4. ACQUA SOLIDA Un barattolo di vetro o di plastica con il tappo Un congelatore Riempire d'acqua fino all'urlo il barattolo Appoggiare il tappo sull'apertura senza avvitarlo Mettere il tutto nel congelatore e aspettare finché l'acqua nel barattolo sarà congelata L'acqua si solidifica e supera l'orlo del barattolo, sollevando il tappo Quando l'acqua diventa ghiaccio occupa più spazio che allo stato liquido, quindi il barattolo non riesce più a contenerla. Se dimentichiamo una bottiglia d'acqua chiusa col tappo nel congelatore rischiamo di trovarla in pezzi a causa dell azione del ghiaccio. I tubi che nelle case trasportano l'acqua potabile o que1la per il riscaldamento in inverno devono essere protetti ed isolati dal freddo affinché non scoppino in caso di gelate. Struttura molecolare. Quasi tutte le sostanze quando sono riscaldate si dilatano e quando sono raffreddate si contraggono. L'acqua invece si contrae fino ai 4 C ma se è ulteriormente raffreddata ricomincia ad espandersi. Questo dipende dal fatto che le molecole del ghiaccio aumentano le reciproche distanze disponendosi in strutture geometriche esagonali.

5 5. SORGENTI DI PIOGGIA Tre barattoli di latta identici Una siringa senza ago Vernice nera Vernice bianca L'esperimento passo a passo: Pulire bene la superficie esterna dei barattoli Verniciare un barattolo di nero ed un altro di bianco Porre i tre barattoli di su un davanzale della finestra posto al sole Versare la stessa quantità d'acqua in ogni barattolo utilizzando la siringa Segnare il livello raggiunto dall acqua Attendere qualche ora e controllare il livello dell'acqua I barattoli sono colpiti dalla luce del sole ed ogni barattolo acquisterà una temperatura diversa in dipendenza dal colore della sua superficie. In particolare, il barattolo nero sarà sempre più caldo degli altri due barattoli. Dopo alcune ore (tre almeno) si potrà osservare l effetto provocato della diversa temperatura: l'acqua nel barattolo nero avrà un livello inferiore rispetto all'acqua nei barattoli bianco e lucido. L esperimento può durare diversi giorni e si potrà annotare il tempo impiegato dall acqua ad evaporare nei diversi barattoli. L innalzamento della temperatura dei barattoli è indice dell assorbimento di una certa forma di energia (calore). Siccome i barattoli non sono posti in presenza di una sorgente termica (una fiamma, per esempio) si potrà dimostrare che la fonte di energia è costituita dai raggi solari. La luce trasporta, quindi, energia dal Sole fino a noi! Questo trasferimento di energia avviene ad una distanza pari a 144 milioni di chilometri attraverso il vuoto. Il colore della superficie rende ogni barattolo diverso dall altro. Infatti, il barattolo nero assorbe più energia solare e la sua temperatura aumenterà di più mentre i barattoli bianco e lucido assorbiranno meno energia ed avranno temperatura inferiore. Il colore influenza, quindi, le caratteristiche di assorbimento di energia solare dei barattoli che sono in tutto identici tranne che per lo strato esterno. Attraverso l esperimento si può osservare come l'evaporazione dell'acqua sia innescata dall assorbimento dell'energia solare. Si noterà, inoltre, che ad una temperatura maggiore corrisponde una maggiore evaporazione. A causa di questo meccanismo l'acqua del mare e l'acqua contenuta nei terreni evapora continuamente e si porta nell'aria intorno a noi contribuendo alla formazione dell'umidità atmosferica. L'aria umida, raffreddandosi, da luogo al formarsi delle nuvole.

6 6. QUANTA ACQUA VIENE GIÙ! Un contenitore cilindrico di circa 18 cm di diametro senza bordi irregolari (una pentola) Un righello Un pennarello indelebile Un misurino per i liquidi Versare nel contenitore 10 ml di acqua e segnare la posizione del livello raggiunto Ripetere l operazione in modo da costruire una scala graduata con divisione 10 ml Valutare l area dell imboccatura del contenitore esprimendola in metri quadri (esempio: un contenitore cilindrico con diametro 18 cm = 0,18 m ha un area pari a A = 3,14 x (0,18/2) 2 = 0,025 m 2 ) Mettere il contenitore all esterno, lontano dai muri ed in posizione riparata dal vento (oppure fare una buca nel terreno per calarci il contenitore e renderlo più stabile) Ogni mattina alla stessa ora, valutare la quantità d acqua nel contenitore e successivamente rimuoverla dallo stesso Riportare il valore di volume in litri d acqua piovana in una tabella a tre colonne Dividere il valore ottenuto per l area dell imboccatura del contenitore e riportare il valore della pioggia nella seconda colonna. Questo valore è quello della pioggia misurata in litri a metro quadro o, come usualmente riportano i meteorologi, in mm! Il pluviometro serve a misurare la quantità d acqua piovana giornaliera. Non potendo misurare complessivamente la quantità totale d acqua, si adotta una misura relativa: si misura cioè quanti litri d acqua piovana sono caduti per ogni metro quadro di terreno. Disponendo di un piccolo contenitore, possiamo calcolare quanti litri per metro quadro di pioggia sono caduti dividendo il volume d acqua raccolta per l area dell imboccatura del contenitore.