Calore e temperatura

CALORE E TEMPERATURA

I bambini hanno già esperienza di cose calde e cose fredde (es: se il latte è troppo caldo, i bambini

hanno già osservato che la mamma aggiunge acqua fredda). Sanno anche che se fa freddo devono

indossare maglie a maniche lunghe. Quindi, i bambini hanno già idea dell’equilibrio termico. I

bambini, quando vanno al mare, sanno che quando c’è sole la sabbia scotta perché c’è uno

scambio di calore. Nel momento in cui i bambini hanno già idea di tante cose, possiamo far uscire

fuori quello che loro sanno attraverso degli esperimenti. Infatti, per spiegare scienze si parte da

quelli che sono i fatti naturali da tradurre in fatti artificiali, semplificati come dice Paolo Guidoni.

IL RISCALDAMENTO GLOBALE

Il riscaldamento globale riguarda il cambiamento climatico. Abbiamo visto un’opera in cui vi era la

rappresentazione di una classe di scolari universitari del 1350-1390). All’epoca c’erano poche

università che erano legate alla fama dell’insegnante e, gli studenti, attraversavano addirittura

l’Europa per seguirlo. La cultura era poco diffusa, gli strumenti erano pochi, per lo più vi erano

persona anziane. Al primo banco le persone erano più attente; andando indietro c’è chi dorme, chi

fa la corte ad una donna e si ha difficoltà a tenere l’attenzione. Dopo ben 6 secondi, le cose non

sono cambiate perché l’insegnante chiede agli alunni di prestare attenzione così come loro

prestano attenzione al proprio telefono. Per questo è nata una nuova metodologia che studia come

cambia il comportamento di una persona quando usa il telefono come se fosse una parte del

corpo. È come se lo schema si fosse ampliato e avesse compreso, oltre alla mano, anche il telefono.

La nuova metodologia si chiama: ACTOR NETWORK THEORY.

Il telefono, quindi, ha cambiato:

• La percezione dello spazio

• La percezione del corso

• La percezione delle emozioni: il telefono è il mezzo che si frappone tra una persona e un’altra

perché rappresenta una sicurezza.

Quando parlo di scienze, cosa pensano i bambini ?

▪ Per insegnare le scienze si deve partire dai fatti di natura, da fatti che accadono intorno a noi.

▪ La conoscenza del mondo è in sé un processo aperto perché la scienza ha modelli della realtà,

non la descrive. Ovviamente, i modelli sono validi fino ad un certo punto perché le scienze non

sono verità assolute.

▪ Intreccio e disintreccio: per poter studiare un fenomeno bisogna scomporlo e intrecciarlo tramite

modelli, tramite esperimenti.

▪ Andiamo a prendere i fatti di natura là dove sono. Se per esempio parliamo di galleggiamento,

facciamo prima attenzione sui fatti di vita reale per poi collegarci all’esperimento. Il messaggio,

così, sarà più potente.

TEMPERATURA E ARIA

L’emisfero ha 3 colori: rosso, giallo e azzurro che indicano se la temperatura è aumentata o è

diminuita secondo i valori del 1880. Se la zona è bianca vuol dire che ha mantenuto sempre la

stessa temperatura. Facciamo riferimento al 1880 perché è il periodo in cui è iniziata l’età

industriale, abbiamo iniziato ad emettere gas serra in atmosfera e le temperature sono aumentate.

Prima del 1600 non c’erano strumenti di misura. Dopo il 1600, gli strumenti c’erano ma dovevano

anche essere affidabili e bisogna poi annotare le valutazioni. Il problema è riuscirsi a confrontare

con misure già fatte perché nel clima è insita la variabilità caratterizzata dall’umidità, dalle

precipitazioni.

IL PALEOCLIMA

Anteprima parziale del testo

Scarica Calore e temperatura e più Appunti in PDF di Fisica solo su Docsity!

I bambini hanno già esperienza di cose calde e cose fredde (es: se il latte è troppo caldo, i bambini hanno già osservato che la mamma aggiunge acqua fredda). Sanno anche che se fa freddo devono indossare maglie a maniche lunghe. Quindi, i bambini hanno già idea dell’ equilibrio termico. I bambini, quando vanno al mare, sanno che quando c’è sole la sabbia scotta perché c’è uno scambio di calore. Nel momento in cui i bambini hanno già idea di tante cose, possiamo far uscire fuori quello che loro sanno attraverso degli esperimenti. Infatti, per spiegare scienze si parte da quelli che sono i fatti naturali da tradurre in fatti artificiali, semplificati come dice Paolo Guidoni. IL RISCALDAMENTO GLOBALE Il riscaldamento globale riguarda il cambiamento climatico. Abbiamo visto un’opera in cui vi era la rappresentazione di una classe di scolari universitari del 1350-1390). All’epoca c’erano poche università che erano legate alla fama dell’insegnante e, gli studenti, attraversavano addirittura l’Europa per seguirlo. La cultura era poco diffusa, gli strumenti erano pochi, per lo più vi erano persona anziane. Al primo banco le persone erano più attente; andando indietro c’è chi dorme, chi fa la corte ad una donna e si ha difficoltà a tenere l’attenzione. Dopo ben 6 secondi, le cose non sono cambiate perché l’insegnante chiede agli alunni di prestare attenzione così come loro prestano attenzione al proprio telefono. Per questo è nata una nuova metodologia che studia come cambia il comportamento di una persona quando usa il telefono come se fosse una parte del corpo. È come se lo schema si fosse ampliato e avesse compreso, oltre alla mano, anche il telefono. La nuova metodologia si chiama: ACTOR NETWORK THEORY. Il telefono, quindi, ha cambiato:

La percezione dello spazio
La percezione del corso
La percezione delle emozioni: il telefono è il mezzo che si frappone tra una persona e un’altra perché rappresenta una sicurezza. Quando parlo di scienze, cosa pensano i bambini? ▪ Per insegnare le scienze si deve partire dai fatti di natura, da fatti che accadono intorno a noi. ▪ La conoscenza del mondo è in sé un processo aperto perché la scienza ha modelli della realtà, non la descrive. Ovviamente, i modelli sono validi fino ad un certo punto perché le scienze non sono verità assolute. ▪ Intreccio e disintreccio: per poter studiare un fenomeno bisogna scomporlo e intrecciarlo tramite modelli, tramite esperimenti. ▪ Andiamo a prendere i fatti di natura là dove sono. Se per esempio parliamo di galleggiamento, facciamo prima attenzione sui fatti di vita reale per poi collegarci all’esperimento. Il messaggio, così, sarà più potente. TEMPERATURA E ARIA L’emisfero ha 3 colori: rosso, giallo e azzurro che indicano se la temperatura è aumentata o è diminuita secondo i valori del 1880. Se la zona è bianca vuol dire che ha mantenuto sempre la stessa temperatura. Facciamo riferimento al 1880 perché è il periodo in cui è iniziata l’età industriale, abbiamo iniziato ad emettere gas serra in atmosfera e le temperature sono aumentate. Prima del 1600 non c’erano strumenti di misura. Dopo il 1600, gli strumenti c’erano ma dovevano anche essere affidabili e bisogna poi annotare le valutazioni. Il problema è riuscirsi a confrontare con misure già fatte perché nel clima è insita la variabilità caratterizzata dall’umidità, dalle precipitazioni. IL PALEOCLIMA

Le osservazioni meteoclimatiche possono essere: I. Dirette : passano tramite gli esseri umani e ci sono 2 tipi: strumentali e soggettive storiche, cioè si leggono gli accordi fatti tra un ducato e l’altro se non ci sono già misure e materiali. II. Indirette : proxi. I climatologi fanno i canotaggj al polo sud dove c’è tutto ghiaccio. Hanno una base concordia che sta sui 3000 metri di ghiaccio e analizzano le molecole di aria che rimangono imprigionate nel ghiaccio. Misurano quanta CO2 c’era e quanta c’è ora in una bolla d’aria. Per quanto riguarda la temperatura, misurano gli isotopi dell’ossigeno e riescono a risalire alla temperatura di tanti anni fa a seconda della profondità e la temperatura è aumentata di circa 4- gradi. Il clima ha delle retroazioni, non è lineare. Si stanno innalzando le temperature dell’aria ma anche dell’acqua. Anche l’equilibrio tra la flora e la fauna è molto delicato. Ci sono alcune piante che si fanno influenzare dal riscaldamento globale e nascono prima del periodo in cui dovrebbero nascere. Questo, però, può causare effetti negativi anche sugli animali che magari nascono ma non trovano cibo e si altera l’equilibrio. Questo perché c’è il RISCALDAMENTO GLOBALE IN ATTO. I bambini hanno sentito parlare della fusione dei ghiacciai. Il ghiaccio sta nel freezer; se viene messo fuori si scioglie e far capire che la fusione dei ghiacciai dipende dalla temperatura. Si parla di innalzamento dei mari. Ci sono due tipi di ghiacciai: ▪ Ghiacciai marini: il ghiaccio si trova nell’acqua; come esperimento si potrebbe mettere l’acqua allo stesso livello del becher. Poi metto il ghiaccio vicino ad altre fonti di calore. ▪ Ghiacci terrestri: contribuisce all’innalzamento dei mari. L’acqua aumenta di volume quando passa dallo stato solido a quello liquido (principio di Archimede). Un iceberg entra nella parte di iceberg immersa nell’acqua perché riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del f luido spostato. FUSIONE DEI GHIACCIAI ARTICI Il ghiacciaio artico, si è ridotto di 1/3 dagli anni 2008 agli anni 2023. Quando si scioglie il ghiaccio capita che questo cambia colore della superficie esposta ai raggi del sole. Se sta su una montagna, l’acqua da bianca diventa marrone. In acqua diventa blu. Il nostro clima è messo in moto dal sole. I raggi del sole non vengono assorbiti allo stesso modo se l’acqua è marrone o blu. Luxometro: misura l’intensità luminosa. La luce riflessa dalla luce blu tornano indietro solo 78 Lux. Tutto il resto è stato assorbito. Su una superficie chiara molta più luce è stata riflessa. Una superficie più scura assorbe più luce rispetto ad una superficie chiara e si riscalda molto. Si chiama RETROAZIONE POSITIVA , cioè viene rafforzata la causa che ha generato quel fenomeno. In termini tecnici sta cambiando l’albero della terra. Quando voglio misurare la temperatura dell’aria, questa cambia colore e viene assorbita più radiazione. Esperimento : il ferro è un conduttore termico. Se ho due lastre di metallo, una bianca e una nera e posiziono vicino una lampada, un assorbimento maggiore delle radiazioni porta ad un cambiamento di colore maggiore di una superficie scura (retroazione positiva). All’aria che è sopra alle parti che hanno cambiato colore e che si sono portate ad una temperatura maggiore che succede? Possiamo portare un esperimento con una scatola divisa in due parti: una parte scura e una chiara e misuro la superficie dell’aria sopra la superficie. Chiudo la scatola con una pellicola evitando i moti convertivi. Prendiamo un termometro e prendiamo la misura. La superficie più chiara è più fredda e quindi l’aria è più bassa. Esperimento : sabbia di Ercolano (scura) e sabbia chiara. Metto una sonda nella sabbia scura e una nella sabbia chiara e avvicino una lampada. La sabbia più scusa sarà più calda.

valore medio= calcolare i valori del mese di gennaio / il numero totale dei mesi. L’evento estremo è definito dalla mediazione standard dà un’idea della misura anche degli altri valori, cioè quanto è probabile che io abbia un valore diverso da quello medio. IL CLIMA, UNA MACCHINA COMPLESSA Ognuno di noi può fare attività sul clima.

BWL (real world learning): insegno le scienze con dati reali;
PBL (project based learning): lavoro su un compito complesso e mi pongo domande importanti;
IBL (inquire-based learning): è un avanzare per domande;
BYOD (bring your own device): facciamo esperimenti attraverso l’utilizzo ddi dispositivi digitali;
RRI (responsable research and innovation): è una linea che sviluppa e insegna che nelle scienze c’è anche un’etica morale per cui ciascuno di noi agisce attraverso le azione che fa in maniera responsabile. ASPETTI TERMICI DEL QUOTIDIANO Negli anni 70 ci fu un’epidemia del colera a Napoli e si inventarono un meccanismo che rendeva più le tazze, togliendo così i batteri. Circa un anno fa la LEGO ha fatto una ricerca dedicata alle donne. La lego fa educational, cioè scatole con mattoncini con i quali si possono fare esperimenti fisici. Ha condotto un’indagine su 36 paesi del mondo e la domanda che si è posta è che cosa incide sulla creatività dei bambini/e? A loro veniva chiesto di costruire un parco giochi avendo al proprio fianco i genitori. Ad un certo punto, le bambine si fermavano e andavano a chiedere ai genitori se stavano facendo bene e, poi, andavano in crisi. Le bambine dovevano essere buone, brave, perfette mentre i bambini dovevano essere brillanti e creativi. Per quanto riguarda i contenuti disciplinari:  i bambini devono avere stimoli ambientali e sensazioni termiche attraverso il contatto di oggetti;  possiamo far toccare loro un tavolo, la parete, il pavimento, tutti oggetti a temperatura ambiente. Così facciamo capire che il calore dell’oggetto dipende dal materiale con cui è fatto. Il calore dipende dal materiale dell’oggetto e stiamo analizzando la SENSAZIONE TERMICA data dall’oggetto; le sensazioni termiche sono soggettive. La percezione del calore, però, è legata alla situazione precedente della mano. Solitamente la mano si trova ad una temperatura di 34 gradi; la mano mi dice se la temperatura sta aumentando o sta diminuendo e mi indica anche la velocità con cui sta cambiando temperatura. Ai bambini possiamo proporre un becher contenente dell’acqua con del ghiaccio. Possiamo fargli inserire una mano nel becher con l’acqua fredda e fargli lasciare l’altra mano a temperatura ambiente. Successivamente, sulla cattedra ci sarà una lastra di metallo e i bambini dovranno mettere entrambe le mani su questa lastra: la mano che è stata a temperatura ambiente sentirà la lastra di metallo più fredda rispetto alla mano che p stata nel becher con l’acqua fredda perché la temperatura della mano, nell’ultimo caso, si era già abbassata, mentre nella mano che è stata a temperatura ambiente la temperatura della mano si abbassa nel momento in cui tocca la lastra di metallo. Quindi, le sensazioni termiche dipendono:

dal soggetto;
dalle esperienze che il soggetto fa;

dalle percezioni ingannevoli. Per quanto riguarda l’ultimo punto, pensiamo alla stanza inclinata. Noi percepiamo una persona più vicina a noi e una più lontana perché il pavimento e il soffitto sono inclinati. Il pavimento è un trapezio ed è per questo che la persona che si trova a destra sembra più lontana della persona che si trova sulla sinistra. TERMOSCOPI : quando parliamo di termoscopi facciamo riferimento ai termometri , strumenti che osservano la variazione della temperatura. Prendiamo in considerazione un contenitore dell’alcool e inseriamo un termometro all’interno. Questo, esposto alla pressione atmosferica che spinge sul liquido, l’alcool presente nel termometro sale perché si dilata l’aria. Le due grandezze che intervengono sono la variazione della temperatura e la variazione della pressione. TERMOSCOPIO DI GALILEO GALILEI: Nel contenitore all’interno del quale si trova l’acqua, viene inserito un termometro che non è aperto sopra ma è chiuso e quindi non interviene la pressione atmosferica. Quindi, vedo solo se ho una variazione di temperatura in assenza di pressione atmosferica. Se mantengo questo contenitore in mano, il liquido scende perché sta continuando la spinta della mano riscaldata. Questo strumento lo possiamo anche far costruire ai bambini prendendo due bottiglie i cui tappi sono forati. TEMPERATURA Nel Sistema Internazionale di misura la temperatura si misura in KELVIN perché è assoluta. Le molecole possono essere:
allo stato gassoso: occupano tutto lo spazio. Queste molecole mi dicono che allo 0 Kelvin le molecole sono ferme perché tutto è in agitazione termica;
allo stato liquido: le molecole sono più vicine;
allo stato solido: le molecole sono fisse ma si agitano. Maggiore è la temperatura e maggiore è l’agitazione termica. K, che è la costante, è direttamente proporzionale all’energia cinetica media degli atomi delle molecole del corpo di cui stiamo misurando la temperatura. Quindi, ½ mv2. T: è la variabile macroscopica che mi indica l’effetto microscopico. Quindi, riassumendo, nella scala Kelvin allo 0 tutto è fermo. Però, lo 0 assoluto non è mai stato raggiunto del tutto. Si arriva sempre a -273,15 Gradi Kelvin. Nella scala Celsius, invece, 1°C è uguale a 1K. I termometri a liquido termometrico sono quelli utilizzati per misurare la febbre. Il termometro a liquido termometrico misura la dilatazione lineare e, costretto lungo un solo asse, si dilata lungo il bulbo fino ad arrivare al capillare. Questo tipo di termometro è un TRASDUTTORE, cioè il termometro prende una grandezza e la traduce in temperatura (la trasduce). Quando si fa una misura si deve parlare dello strumento:

la sensibilità : è il più piccolo valore che uno strumento può rivelare (in un termometro da febbre, la sensibilità è -20°C;
la portata (o fondo scala): è il più grande valore misurabile;
il range (o intervallo di funzionamento): da -20 a 110;
la risoluzione : è la più piccola variazione della grandezza che uno strumento può misurare. Ad esempio, nel termometro, la risoluzione è 1°C, vuol dire che ad ogni grado varia la temperatura (37,38). Nel termometro da febbre, invece, la risoluzione è 1 decimo (37,1- 37,2).

la sonda di temperatura misura la temperatura con una variazione di resistenza. La sonda di temperatura è un semi-conduttore, cioè misura la resistenza elettrica e la traduce in temperatura. La sonda di temperatura ha un range che oscilla tra i -40 e i 135°. se supera i 50 ° si danneggia. Ha una capacità di risoluzione differente in base alla differenza di temperatura e il tempo di risposta dipende dal fluido con cui lo metto a contatto. RAFFREDDAMENTO IN ACQUA E IN ARIA La conducibilità impatta sulla sensibilità dello strumento. La risposta ha un andamento esponenziale, cioè all’esponente c’è la temperatura. RISCALDAMENTO A POTENZA COSTANTE può dipendere da alcune variabili:

la massa;
il liquido: liquidi diversi impiegano tempi diversi a portarsi alla stessa temperatura;
potenza: dipende dalla fiamma;
dal tempo. T=TO (temperatura iniziale dell’oggetto)+W (potenza del fornello)/ mc (massa e calore specifico) x t(è il tempo). Più grande è la massa e più tempo ci impiega. T=TO+W/mc X t Il riscaldamento dell’acqua a potenza costante può essere descritta da una retta. Più la retta sale e più vuol dire che sta per cominciare l’evaporazione perché le molecole di acqua sono vicine all’ebollizione (100°C). le bollicine che noi vediamo sul fondo o sulla parete è l’ossigeno e l’anidride carbonica, cioè gas disciolti. All’aumentare della temperatura si vedono le bollicine d’acqua che sono passate dallo stato solido allo stato liquido e non arrivano sopra perché trovano una temperatura più bassa e scoppiano. Il calore e la temperatura sono diversi. La temperatura rimane costante ma continua a scambiare calore. Anche l’alcool può essere un liquido termometrico perché anche il suo riscaldamento può essere descritto con una retta. Il riscaldamento dell’acqua a temperatura costante dipende dalla temperatura del fornello e, solitamente, l’alcool bolle ad una temperatura inferiore rispetto a quella dell’acqua (75-76°). quando si arriva all’ebollizione, la temperatura è la stessa. L’acqua e l’alcool avranno due pendenze diverse perché dipendono dalla temperatura. Alcool= m= 0, Acqua=m=0, m(acqua)/m(alcol)= calore specifico alcol / calore specifico acqua. w/mc= m retta dell’alcool w/mc= m retta dell’acqua. W ed m saranno uguali alfa (acqua)/alfa (alcool)= c(alcool)/c (acqua) RISCALDAMENTO A POTENZA COSTANTE DELL’ACQUA E DELL’ALCOL. Nell’alcol, alla temperatura di ebollizione non c’è più un momento di innalzamento della temperatura. L’acqua, invece, a 4 ° ha un andamento atipico. Entrambi possono essere utilizzati come liquidi termometrici. La piastra continua a scambiare calore che sarà molto più alto del liquido messo a riscaldare. Nonostante continui a scambiare calore, la temperatura non aumenta ma le molecole passano dallo stato liquido allo stato gassoso rompendo il legame elettrostatico.

Il calore e la temperatura, infatti, sono grandezze differenti:

il calore: è una grandezza fisica estensiva. La temperatura varia a seconda del corpo che abbiamo.
La temperatura: è una grandezza intensiva. La temperatura è sempre uguale e non dipende dalle misure del campione. PENTOLA A PRESSIONE: su una fiamma c’è lo scambio di calore dei vapori e di quello che viene messo a cucinare. I vapori non possono uscire e, così, aumenta la temperatura, aumenta il volume, molte più molecole passano dallo stato liquido allo stato gassoso e aumenta anche la pressione fino ad arrivare ad una doppia pressione. La doppia pressione è quando l’acqua bolle ad una temperatura maggiore (circa 120°) e il contenuto si cuoce prima perché le molecole ci mettono meno tempo a passare dallo stato liquido allo stato aeriforme. Non avviene lo scambio con l’esterno ma il vapore rimane intrappolato. MOKA : l’imbocco dell’imbuto si trova in acqua. L’acqua si riscalda aumentando il suo volume; parte dell’acqua evapora, aumenta la pressione dell’aria che spinge il liquido e l’acqua viene spinta dall’imbuto passando attraverso la polvere di caffè e così esce. Questo processo avviene intorno ai 70°. quando il caffè risulta essere amaro è perché l’acqua ha raggiunto il suo punto di ebollizione, l’aria esce ma la pressione si abbassa e il caffè schizza. Quindi, per far uscire bene il caffè, l’acqua non deve bollire ma deve aumentare la sua pressione. David Dammer parla di misconcezioni. La misconcezione classica è quella in cui i bambini pensano che l’alternarsi delle stagioni dipenda dalla vicinanza del sole. Secondo David, bisogna demolire queste idee perché i bambini devono capire che l’alternarsi delle stagioni dipende dall’inclinazione dell’asse terrestre. Il modello, però, è un modello che funziona perché, effettivamente, un segnale è più intenso quando si trova più vicino ad una fonte di calore. I bambini applicano questo tipo di modello ad un fenomeno che ancora non conoscono applicando un modello corretto ad un fenomeno non spiegabile con quel modello. Quindi, insieme ai bambini bisogna capire il perché quel modello non va bene. SORGENTI DI CALORE : in fisica è un corpo che scambia calore rimanendo sempre alla stessa temperatura (acqua e ghiaccio: hanno scambi con l’esterno ma mantengono sempre la stessa temperatura). i bambini pensano che la lana riscalda. Questa idea è fortemente radicata. Un esperimento che si può è quello di portare la lana a scuola e metterla su un panno mentre un altro panno rimane senza lana. I bambini noteranno che il panno con la lana sarà più caldo rispetto al panno senza lana. (potremmo quindi riscaldare un oggetto con la lana oppure metterlo al sole). La lana blocca lo scambio termico non permettendo al freddo e al caldo di entrare e uscire. Loro pensano che la lana riscalda perche: -la usano d’inverno; -perchè i genitori gli dicono che con la lana stanno al caldo. TRATTAMENTO STATISTICO VARIABILE METEO Calcolando la temperatura dell’aria, possiamo individuare:
il VALORE MEDIO : quello più probabile che io abbia;
la MODA : il valore che si è ripetuto più volte;
la MEDIANA : metto i valori in ordine dal più grande al più piccolo prendendo il valore centrale che è la mediana, spezzando così il campione a metà;
la FREQUENZA : è la quantità di volte per cui si è ripetuto quel valore;

Calore e temperatura, Appunti di Fisica

Documenti correlati

Anteprima parziale del testo

Scarica Calore e temperatura e più Appunti in PDF di Fisica solo su Docsity!

CALORE E TEMPERATURA