Approfondimento su calore e temperatura

1. IL CALORE E LA TEMPERATURA

2. Calore e Temperatura sono concetti che nell’uso comune
spesso vengono confusi e vengono attribuiti alla sensazione
di “caldo” e quella di “freddo”.
In realtà sono due concetti ben definiti e diversi.
Calore: Forma di energia in transito che, ha la capacità di
riscaldare altri corpi e di variarne lo stato fisico. Si indica con
Q e la sua unità di misura è il “joule” o “cal”
Temperatura: Proprietà fisica che indica lo stato di un
sistema ed è misurabile attraverso grandezze fisiche scalari

3. TEMPERATURA
Il primo termometro fu inventato da Gallileo
Gallilei e man mano perfezionato.
Esistono vari tipi:
•Termometro a mercurio: è composto da un
tubo di vetro chiuso contenente mercurio. La
variazione di temperatura provoca una
variazione di volume del mercurio. Ormai il
mercurio è fuori commercio.
•Termometro a gas: misura la temperatura
attraverso la variazione di volume o di
pressione di un gas contenuto all'interno di un
tubo di vetro.
•Termometro digitale: Le variazioni di
temperatura provocano nel sensore variazioni
di resistenza elettrica, che attraverso un
circuito elettronico vengono convertite in
numeri e visualizzati su uno schermo di piccole
dimensioni.
0
100

4. SCALE TERMOMETRICHE
Esisto fino ad oggi varie scale termometriche ricordiamo la:
• scala Celsius varia tra 0 °C e 100 °C; é divisa in 100 parti
uguali (da qui il nome di scala centigrada) ed è quella più
diffusa.
Prende il nome dallo scienziato svedese Anders Celsius (1701-
1744)
• scala Fahrenheit varia tra 32 °F e 212 °F; é divisa in 180 parti
uguali
• scala Kelvin varia tra 273.15 °K e 373.15 °K; é divisa in 100
parti uguali
• scala Réaumur varia tra 0 °R e 80 °R; é divisa in 80 parti
uguali.
Tutte le scale prendono in comune due punti fissi: la
temperatura di fusione del ghiaccio e l’ebollizione dell’acqua.

5. EQUILIBRIO TERMICO
Due corpi aventi temperature diverse…
Ritornando al discorso di calore, il calore cerca sempre un
equilibrio che sia da solo o in contatto con altri corpi.

6. EQUILIBRIO TERMICO
…messi a contatto si portano alla stessa
temperatura intermedia (temperatura di
equilibrio)
Ciò avviene mediante scambio di calore

7. Gli scambi di calore hanno anche un equivalente di lavoro
meccanico che nel 1842, con un famoso esperimento James
Prescott Joule (1818-1889), potè dimostrare. Per fare ciò si
avvalse del suo strumento, il calorimetro. Quest’apparecchio
è costituito da palette che ruotando provocano un
agitazione dell’acqua facendo innalzare la temperatura, il
congegno è messo in moto manualmente applicando un
Lavoro (L= m g h).
Joule arrivò alla conclusione che per innalzare la
temperatura dell’acqua di 1°C occorrono 4.186J di lavoro
meccanico per ogni grammo d’acqua
JAMES PRESCOTT JOULE (1818-
1889)

8. IL CALORIMETRO

9. Per dilatazione termica si intende quel fenomeno di
variazione delle dimensioni di un corpo in seguito a
variazioni di temperatura. A seconda poi delle dimensioni
a cui la dilatazione è riferita si ha:
• Dilatazione lineare: una dimensione è almeno di un
ordine di grandezza maggiore delle altre due,come
accade per i binari o le giunzioni autostradali
• Dilatazione superficiale: due dimensione sono almeno di
un ordine di grandezza maggiori della terza
• Dilatazione cubica: tutte e tre le dimensioni sono dello
stesso ordine di grandezza.
DILATAZIONE TERMICA
lunghezza
larghezza
altezza

10. LA DILATAZIONE LINEARE
Lo
Lt
Lt-Lo
l
C’è da ricordare che ogni corpo ha un
determinato coefficiente di dilatazione.
Es: Acciaio 1,2x10-5

11. LA DILATAZIONE SUPERFICIALE

12. LA DILATAZIONE CUBICA

13. LA DILATAZIONE NEI GAS
Quanto detto per i solidi vale
anche per i gas. Un gas
riascaldandosi subisce un
espansione e nel caso sia
compresso in un cilindro a
tenuta stagna noteremo la
risalita del pistone. Viceversa
raffreddandosi si contrae e il
pistone scende

14. Prima legge di Gay-Lussac
Quando un gas è mantenuto a pressione costante, il suo
volume varia linearmente con la temperatura. Se è noto
il volume Vo occupato dal gas a 0°C, il volume V del gas
alla temperatura t gradi centigradi è:
V=Vo ( 1 + g t )
g= coefficiente di dilatazione volumica

15. Classe: IV scientifico.