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calore e temperaturacalore e temperatura

Bottega delle scienzePatrizia Roberta Iotti

2212/11/200912/11/2009

obiettivo didattico generaleobiettivo didattico generale

proporre ai ragazzi un percorso proporre ai ragazzi un percorso sperimentale che, partendo da una sperimentale che, partendo da una domanda iniziale, li conduca attraverso domanda iniziale, li conduca attraverso ll’’osservazione (con strumenti costruiti da osservazione (con strumenti costruiti da loro) ad una prima risposta. Questa loro) ad una prima risposta. Questa prima risposta prima risposta potrapotra’’ essere modificata essere modificata via via che il ragazzo viene in possesso via via che il ragazzo viene in possesso di ulteriori conoscenze, ripartendo da di ulteriori conoscenze, ripartendo da nuove domandenuove domande

3312/11/200912/11/2009

22 domande per cominciaredomande per cominciareCosCos’è’è la la temperaturatemperatura ??

CosCos’è’è il il calorecalore ??

CaloreCalore e e TemperaturaTemperatura sono termini che fanno sono termini che fanno parte della nostra esperienza quotidiana fin da parte della nostra esperienza quotidiana fin da bambini, ma, in realtbambini, ma, in realtàà, non , non èè facile definirle facile definirle correttamente come grandezze fisiche e correttamente come grandezze fisiche e rispondere con precisione a queste domande.rispondere con precisione a queste domande.

Patrizia Roberta Iotti

4412/11/200912/11/2009

Misurare per conoscereMisurare per conoscere

Punto di partenza sono le conoscenze Punto di partenza sono le conoscenze ingenue dei ragazzi e le loro esperienze ingenue dei ragazzi e le loro esperienze quotidianequotidiane

Come si misura la temperatura?Come si misura la temperatura?Con un termometro Con un termometro …… che che domandedomande……..

Ma come si costruisce un termometro?Ma come si costruisce un termometro?

5512/11/200912/11/2009

COSA FAREMO ?COSA FAREMO ?

Costruiremo insieme un semplice Costruiremo insieme un semplice termometro per imparare a misurare la termometro per imparare a misurare la temperaturatemperatura

A cosa porre attenzioneA cosa porre attenzioneFenomeno fisico :scambio termico Fenomeno fisico :scambio termico

con variazione di temperaturacon variazione di temperaturaLo scopo non Lo scopo non èè leggere una temperatura leggere una temperatura

bensbensìì comprendere come ciò sia possibilecomprendere come ciò sia possibile

Patrizia Roberta Iotti

6612/11/200912/11/2009

7712/11/200912/11/2009

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In cucina per provareIn cucina per provare

9912/11/200912/11/2009

Una osservazione guidataUna osservazione guidataCosa Cosa èè successo ?successo ?

Riscaldare un corpo ha come effetto Riscaldare un corpo ha come effetto osservabile la variazione del suo volumeosservabile la variazione del suo volume

Il fenomeno che abbiamo osservato Il fenomeno che abbiamo osservato èè la la

dilatazione termicadilatazione termica

èè il principio di funzionamento del termometroil principio di funzionamento del termometro

101012/11/200912/11/2009

Il modello :una legge sempliceIl modello :una legge semplice

La variazione La variazione di volume di volume èèdirettamente direttamente proporzionale proporzionale alla variazione alla variazione di di temperaturatemperatura

111112/11/200912/11/2009

a caccia delle causea caccia delle cause

Cosa ha provocato la variazione di volume?Cosa ha provocato la variazione di volume?

Uno scambio termico Uno scambio termico

quindi quindi

il termometro funziona scambiando calore il termometro funziona scambiando calore con il corpo di cui vogliamo misurare la con il corpo di cui vogliamo misurare la

temperaturatemperaturaPatrizia Iotti

121212/11/200912/11/2009

Un limite intrinseco e le sue Un limite intrinseco e le sue conseguenzeconseguenze

…… lo scambio di calore continua lo scambio di calore continua

Quando i due corpi hanno raggiuntoQuando i due corpi hanno raggiunto la la stessa temperatura stessa temperatura lo scambio termico lo scambio termico cessacessa…… si raggiunge quindi unasi raggiunge quindi unatemperatura di equilibriotemperatura di equilibrio

Patrizia Iotti

ALL’INFINITO ?!!???! OVVIAMENTE NO !

131312/11/200912/11/2009

il fenomeno di scambio di calore avviene il fenomeno di scambio di calore avviene per stabilire un equilibrio termico.per stabilire un equilibrio termico.Indicando con Indicando con ΔΔQ la quantitQ la quantitàà di calore di calore scambiato tra due corpi :scambiato tra due corpi :

ΔQ ceduto = ΔQ assorbito

èè la LEGGE DI EQUILIBRIO TERMICOla LEGGE DI EQUILIBRIO TERMICO

Patrizia Iotti

141412/11/200912/11/2009

IL TERMOMETROIL TERMOMETRO

Il funzionamento di un termometro si basa Il funzionamento di un termometro si basa su due principi :su due principi :LL’’EQUILIBRIO TERMICOEQUILIBRIO TERMICOeeLa DILATAZIONE TERMICALa DILATAZIONE TERMICA

151512/11/200912/11/2009

PerchPerchéé si usa il mercurio come si usa il mercurio come liquido termometrico?liquido termometrico?

Una nuova domanda che trova risposta Una nuova domanda che trova risposta ancora in un esperimento sempliceancora in un esperimento semplice

Riempiamo tre flaconi conRiempiamo tre flaconi con

Patrizia Iotti

ACQUA COLORATA

OLIOALCOOL

161612/11/200912/11/2009

e chiudiamoli con tappi di plastilina nei e chiudiamoli con tappi di plastilina nei quali inseriamo delle cannucce.quali inseriamo delle cannucce.Poniamo i tre flaconi in una vaschetta Poniamo i tre flaconi in una vaschetta contenente acqua calda e attendiamo contenente acqua calda e attendiamo qualche minutoqualche minuto……

171712/11/200912/11/2009

paragonare per comprendere piparagonare per comprendere piùù a fondoa fondo

Il livello dei tre liquidi nelle cannucce non Il livello dei tre liquidi nelle cannucce non èèuguale !uguale !Da cosa dipende questo fatto ? Da cosa dipende questo fatto ? LL’’attenzione va posta su analogie e differenzeattenzione va posta su analogie e differenze

ΔΔVV = = κ κ VV00 ΔΔTT

ogni liquido si ogni liquido si dilatadilata in modo differentein modo differente a fronte a fronte della della stessastessa variazione variazione di temperatura partendo di temperatura partendo dallo dallo stesso volume inizialestesso volume iniziale !!

181812/11/200912/11/2009

Come si costruisce la scala Come si costruisce la scala termometrica ?termometrica ?

La linearitLa linearitàà della legge di dilatazione della legge di dilatazione permette di costruire una scala permette di costruire una scala suddividendo in parti uguali la distanza tra suddividendo in parti uguali la distanza tra due punti due punti

Punti fissi dellPunti fissi dell’’acqua ( i cambiamenti di acqua ( i cambiamenti di stato)stato)

191912/11/200912/11/2009

Misurare per conoscereMisurare per conoscere

Come si misura il calore?Come si misura il calore?con un con un ……

CALORIMETROCALORIMETRO

…… ma cosa ma cosa èè …… ??

Come si costruisce un calorimetro ?Come si costruisce un calorimetro ?

202012/11/200912/11/2009

212112/11/200912/11/2009

222212/11/200912/11/2009

cosa va osservato ?cosa va osservato ?

Il calore si disperde per lo scambio termico Il calore si disperde per lo scambio termico con lcon l’’ambiente (tendenza allambiente (tendenza all’’equilibrio)equilibrio)Costruire un sistema isolato necessita una Costruire un sistema isolato necessita una riflessione su come si propaga il calore nei riflessione su come si propaga il calore nei diversi materialidiversi materialiSi può schermare per riflessione Si può schermare per riflessione (alluminio) (alluminio) Lo strumento costruito Lo strumento costruito èè disomogeneodisomogeneo

232312/11/200912/11/2009

Come si usa lo strumento?Come si usa lo strumento?

Produrre uno scambio termico allProdurre uno scambio termico all’’internointerno

comprendere come avviene lo scambiocomprendere come avviene lo scambio

Il principio (modello) Il principio (modello) èè la legge della calorimetria la legge della calorimetria

Ora si può verificare la legge con un calorimetro Ora si può verificare la legge con un calorimetro delle mescolanze che non delle mescolanze che non èè pipiùù un oggetto un oggetto sconosciuto sconosciuto

242412/11/200912/11/2009

Misuriamo il calore scambiato Misuriamo il calore scambiato negli scambi con variazione di negli scambi con variazione di

temperaturatemperaturail calorimetro il calorimetro

delle mescolanze delle mescolanze

per verificareper verificare

una legge sempliceuna legge semplice

Patrizia Iotti

252512/11/200912/11/2009

la quantitla quantitàà di calore di calore ΔΔQ assorbito o ceduto Q assorbito o ceduto èè direttamente proporzionale alla direttamente proporzionale alla variazione della temperatura variazione della temperatura ΔΔTT

legge della calorimetria :legge della calorimetria :

ΔΔQ = C Q = C ΔΔTT

Patrizia Iotti

CAPACITA’TERMICA

262612/11/200912/11/2009

C = C = ccss m quindi m quindi ΔΔQ = Q = ccss m m ΔΔTT

Patrizia Iotti

CALORE SPECIFICO

… e cioè ?

Il calore specifico di una sostanza esprime la quantità di calore che si deve fornire ad 1 kg di tale sostanza per farne aumentare di 1k la temperatura.

La sua unità di misura è J / kg k

272712/11/200912/11/2009

Ma il calorimetro Ma il calorimetro èè davvero isolato?davvero isolato?

Il problema della taratura dello strumentoIl problema della taratura dello strumento

Un modello interessante Un modello interessante il calorimetro il calorimetro èè disomogeneo e allora disomogeneo e allora come misurare il calore che assorbe o come misurare il calore che assorbe o cede?cede?

282812/11/200912/11/2009

Ma cosa Ma cosa èè il calore?il calore?

Una nuova Una nuova domanda che trova domanda che trova risposta ancora in risposta ancora in un esperimento un esperimento

semplicesemplice

La cascata La cascata di piombodi piombo

292912/11/200912/11/2009

Il Il CALORECALORE èè una forma di una forma di ENERGIAENERGIAche passa da un corpo a temperatura che passa da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura maggiore ad uno a temperatura minoreminoreLa La TEMPERATURATEMPERATURA èè un indice dello un indice dello stato termico di un corpo e definisce in stato termico di un corpo e definisce in modo oggettivo le sensazioni di caldo e di modo oggettivo le sensazioni di caldo e di freddo.freddo.

Patrizia Iotti

303012/11/200912/11/2009

Come affrontare lCome affrontare l’’ attivitattivitààsperimentale?sperimentale?

Tentare di rispondere alla domanda iniziale, Tentare di rispondere alla domanda iniziale, tenendo presenti una serie di problemi:tenendo presenti una serie di problemi:

1.1. Passaggio dalla osservazione alla Passaggio dalla osservazione alla modellizzazionemodellizzazione e/o viceversa e/o viceversa

2.2. Modelli usatiModelli usati3.3. Problemi pratici di realizzazioneProblemi pratici di realizzazione

313112/11/200912/11/2009

Quali concetti ci sono dietro?Quali concetti ci sono dietro?

Cosa Cosa èè la temperatura (calore)la temperatura (calore)Cosa Cosa èè un termometro (calorimetro)un termometro (calorimetro)Scambi termici e loro effetti Scambi termici e loro effetti osservabiliosservabiliConcetto di equilibrio termico Concetto di equilibrio termico ProprietProprietàà dei corpi e delle sostanze ( dei corpi e delle sostanze ( capacitcapacitàà termica e calore specifico, termica e calore specifico, costante di dilatazione termica)costante di dilatazione termica)

323212/11/200912/11/2009

Quali obiettivi disciplinari ?Quali obiettivi disciplinari ?

Definizione operativa di temperatura e Definizione operativa di temperatura e calore scambiato calore scambiato Conoscenza delle leggi fisiche della Conoscenza delle leggi fisiche della termologiatermologiaConcetti di calore e temperatura e loro Concetti di calore e temperatura e loro relazioni negli scambi termicirelazioni negli scambi termici

333312/11/200912/11/2009

Il valore aggiuntoIl valore aggiunto

Uno strumento di misura Uno strumento di misura èè un oggetto un oggetto teoricoteorico

Uso consapevole degli strumenti di misuraUso consapevole degli strumenti di misura

Le leggi fisiche come modello matematico Le leggi fisiche come modello matematico dello strumento utilizzatodello strumento utilizzato

343412/11/200912/11/2009

In un percorso in laboratorio :In un percorso in laboratorio :a.a. Non dare mai risposte bensNon dare mai risposte bensìì invitare i ragazzi a invitare i ragazzi a

ricercare le risposte alle domande iniziali e che ricercare le risposte alle domande iniziali e che emergono nel percorsoemergono nel percorso

b.b. Non finire mai una lezione con una risposta, ma Non finire mai una lezione con una risposta, ma lasciare sempre una domanda (i ragazzi lasciare sempre una domanda (i ragazzi saranno stimolati a cercare risposte ed saranno stimolati a cercare risposte ed eventualmente a chiedere se la loro risposta eventualmente a chiedere se la loro risposta èè““correttacorretta””))

c.c. Invitare i ragazzi a ragionare sullInvitare i ragazzi a ragionare sull’’esperienza esperienza fatta per mettere in moto una modalitfatta per mettere in moto una modalitàà di di pensare.pensare.

353512/11/200912/11/2009

La fase di valutazione del lavoro deve La fase di valutazione del lavoro deve avvenire in un momento successivo al avvenire in un momento successivo al laboratorio .laboratorio .

In genere il questionario, o il compito In genere il questionario, o il compito deve essere preparato alldeve essere preparato all’’inizio, inizio, durante la progettazione iniziale per durante la progettazione iniziale per avere chiaro lo scopo.avere chiaro lo scopo.

363612/11/200912/11/2009

Altre ideeAltre ideecostruire un dinamometrocostruire un dinamometro

costruire una bilancia a costruire una bilancia a due bracci uguali due bracci uguali Buon lavoroBuon lavoro