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La temperatura
La temperatura è una grandezza fisica scalare che indica lo stato termico di un corpo o di un sistema. L’unità di misura che viene usato è il Kelvin. Lo strumento di misura si chiama termometro ed è costituito da un bulbo di vetro contenente un liquido, messo in comunicazione con un capillare. Il principio su cui si basa è la dilatazione termica del liquido, che può essere mercurio oppure un alcol.
Scale termometriche
Esistono tre diversi tipi di scale termometriche: La scala centigrada o scala Celsius, dove la temperatura di fusione del ghiaccio corrisponde a 0 gradi e la temperatura di ebollizione dell'acqua corrisponde a 100 gradi. L'unità di misura è il grado centigrado (°C) e corrisponde alla centesima parte dell'intervallo considerato; La scala Kelvin o scala assoluta, dove la temperatura di fusione del ghiaccio corrisponde a 273,15 e la temperatura di ebollizione dell'acqua a 373,15. L'unità di misura appartiene al Sistema Internazionale delle Unità di Misura ed è il kelvin, simbolo K. Lo zero assoluto corrisponde a -273,15°C, che è la temperatura minima raggiungibile; da ciò si evince che la scala kelvin non prevede valori negativi.
La dilatazione termica
La dilatazione termica è un fenomeno fisico che avviene quando in un corpo sia liquido, sia gassoso, sia solido si verifica un cambiamento di volume a causa di un riscaldamento o di un raffreddamento. La dilatazione lineare Si verifica quando, a seguito dell'aumento di temperatura, un corpo solido si allunga. La dilatazione lineare è un particolare tipo di dilatazione termica che interviene sui corpi in cui la misura di una delle tre dimensioni è molto maggiore rispetto alle altre. La dilatazione lineare si calcola a partire dalla variazione di temperatura mediante il coefficiente di dilatazione lineare del materiale.La relazione della dilatazione lineare permette di calcolare la variazione di lunghezza di un corpo sottoposto ad una differenza di temperatura ΔT ΔL=αL₀ΔT dove con ΔL indichiamo la variazione di lunghezza, con Lo la lunghezza iniziale alla temperatura, con ΔT la variazione di temperatura e con α il coefficiente di dilatazione lineare, che dipende dal materiale considerato. Nel SI il coefficiente di dilatazione lineare di misura in
K⁻¹, poiché è l’inverso di una temperatura.
La dilatazione volumica Questo fenomeno si verifica quando, a seguito dell'aumento di temperatura, il volume di un corpo varia (quindi si dilatano lunghezza, larghezza e altezza del corpo). La dilatazione volumica consiste in una variazione delle misure delle tre dimensioni di un corpo a seguito di una variazione di temperatura. La legge della dilatazione volumica è simile a quella della dilatazione lineare, ΔV= βV₀ΔT
dove ΔV corrisponde alla variazione del volume, beta al coefficiente di dilatazione volumica, V₀ al volume iniziale e ΔT alla variazione di temperatura. Nel SI il coefficiente di dilatazione
volumica beta di misura in K⁻¹.
Il calore
Il calore è l’energia che viene trasferita da un sistema (si pensi ad un corpo) al suo intorno in conseguenza di una differenza di temperatura. Si dice che due oggetti sono in contatto termico se tra loro può avvenire un passaggio di calore. Se due oggetti in contatto termico hanno una temperatura diversa, il valore fluisce da quello più caldo a quello più freddo, fino a quando non raggiungono entrambi la stessa temperatura. Quindi si dice che due oggetti sono in equilibrio termico quando hanno la stessa temperatura.
Prima degli studi di joule il calore era misurato con unità chiamata caloria (cal). 1 cal è definita come la quantità di calore necessario per innalzare la temperatura di 1 g d’acqua. Joule dimostrò che 1 cal è equivalente a 4,186 J di lavoro e meccanico. Questo valore è noto come equivalente meccanico del lavoro. Q= energia trasferita a causa di una differenza di temperatura. Nel SI il calore si misura in joule. Utilizzando l’equivalente meccanico del calore possiamo esprimere il calore sia in joule sia in calorie.
Capacità termica
La capacità termica è la grandezza che misura quanta energia è necessaria per aumentare di 1 K la temperatura del corpo. La sua misura nel Sistema Internazionale è J/°K. C = Q/ΔT (calore fornito fratto variazione di temperatura) La capacità termica è sempre positiva. Quindi Q è positivo se ti è positivo, cioè se si fornisce calore al sistema; Q è negativo se ti è negativo, cioè se il sistema cede calore.
Calore specifico
Il calore specifico è la quantità di calore necessario per aumentare di 1°K la temperatura di 1 g. di sostanza. La sua misura nel Sistema Internazionale è J/g. °K. In formule: c= C/m (capacità termica fratto massa)
Legge della termologia
Il calore Q necessaria per far aumentare la temperatura di un corpo è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura ΔT, la massa m del corpo il calore specifico c della sostanza di cui è fatto il corpo. Q=mcΔT Si misura in joule o in calorie a seconda delle unità di misura scelta per esprimere il calore specifico. Mangiare il calore specifico è maggiore la quantità di calore che dobbiamo fornire all’unità di massa di una sostanza per produrre un aumento di temperatura. Calorimetro
Vaporizzazione La vaporizzazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato di vapore. La vaporizzazione può avvenire in due modi distinti: attraverso l'evaporazione o l'ebollizione. L'evaporazione è il passaggio da liquido a vapore che avviene in modo lento e soltanto sugli strati superficiali del liquido. L'evaporazione è favorita dall'aumento della superficie del liquido, dalla ventilazione, dall'incremento della temperatura. Inoltre, la velocità con cui il liquido evapora varia da liquido a liquido. In particolare, durante l'evaporazione, le particelle poste in superficie devono vincere forze di attrazione di minore entità rispetto a quelle presenti all'interno del liquido. L'ebollizione è il passaggio da liquido ad aeriforme (gas o vapore) che avviene in modo veloce e interessa l'intera massa del liquido. L'ebollizione avviene ad una ben precisa temperatura (I'acqua, per esempio, a pressione atmosferica, bolle a 100°C). Condensazione La condensazione è il passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido. Esistono due modi per condensare un vapore: 1. Comprimendo il vapore a temperatura costante; 2. Raffreddando il vapore mantenendo costante la pressione. Fusione La fusione è il passaggio dallo stato solido allo stato liquido. La fusione di un solido segue tre leggi sperimentali: 1. Ad una data pressione, la fusione avviene ad una temperatura determinata, detta temperatura di fusione; 2. La temperatura di un corpo rimane costante durante la fase di fusione; 3. L'energia necessaria per fondere una massa m di una data sostanza, che si trova già alla temperatura di fusione, è direttamente proporzionale ad m. Solidificazione La solidificazione in Fisica è il cambiamento di fase che consente alle sostanze di passare dallo stato liquido allo stato solido. Il processo di solidificazione si verifica a specifiche coppie di valori di temperatura e di pressione che dipendono dalla sostanza considerata. Sublimazione La sublimazione è il cambiamento di fase che consente alle sostanze di passare dallo stato solido allo stato aeriforme. Tale transizione riguarda solamente la superficie dei solidi e, per un dato valore di pressione, non si manifesta a un'unica temperatura. Il passaggio inverso rispetto alla sublimazione è il brinamento. Brinamento Il brinamento è il passaggio diretto dallo stato gassoso a quello solido senza il passaggio intermedio allo stato liquido.
Calore latente
Il calore latente è una grandezza caratteristica di ogni sostanza e di ogni cambiamento di fase; per definizione esprime la quantità di calore Q necessaria affinché una massa di 1 chilogrammo di una specifica sostanza effettui un determinato passaggio di stato, o equivalentemente il passaggio inverso. L=Q/m Nel SI il calore latente si misura in joule/kilogrammo. Q=mL Il calore latente dipende dalle fasi che sono coinvolte: Calore latente di fusione
Il calore latente di fusione è la quantità di energia necessaria per fondere completamente l'unità di massa di una sostanza, quando essa si trova alla temperatura di fusione. Nel Sistema Internazionale si misura in J/Kg. In formule: Lf= ΔE/m
Calore latente di vaporizzazione Il calore latente di vaporizzazione misura la quantità di energia necessaria per far passare la massa unitaria di una sostanza dallo stato liquido a quello di vapore, senza che si verifichi alcun cambiamento di temperatura. In formule: Lv= ΔE/m
