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.
100 divisioni equidistanziate In condizioni normali (pressione atmosferica 1,013 10 5 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 0 0 100 T ( C)
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) 0 50 1 52 2 54 3 56 y (mm) 54 52 50 48 0 mm y = 2x + 50-1 1 0 2 3 x ( C)
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
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)
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.
Il comportamento anomalo dell acqua V 0 C 4 C t
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
Rame Alluminio Non tutti i materiali aumentano la temperatura allo stesso modo quando gli viene fornito calore. 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 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
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 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 = 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) 373 273 eboll./cond. vapore acqua + vapore fusione/solid. acqua ghiaccio + acqua ghiaccio Q (J)