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Temperatura e Temperatura e CaloreCalore

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Cosa e’ la Temperatura?Cosa e’ la Temperatura?

Qualitativamente, e’ la proprieta’ di un oggetto che Qualitativamente, e’ la proprieta’ di un oggetto che

determina la sensazione di determina la sensazione di caldocaldo o di o di freddofreddo quando lo quando lo

tocchiamo.tocchiamo.

E’ una misura dell’energia cinetica media molecolare.E’ una misura dell’energia cinetica media molecolare.

E’ quella grandezza … che viene misurata con un E’ quella grandezza … che viene misurata con un

termometro.termometro.

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Calore e TemperaturaCalore e Temperatura

Prima del XIX secolo, si credeva che il senso di Prima del XIX secolo, si credeva che il senso di caldocaldo

o di o di freddofreddo fosse determinato da quanto “calore” era fosse determinato da quanto “calore” era

contenuto in un oggetto.contenuto in un oggetto.

Non vi era distinzione tra Non vi era distinzione tra calorecalore e e temperaturatemperatura, e il , e il

calore era considerato un fluido che scorreva da un calore era considerato un fluido che scorreva da un

oggetto caldo ad uno freddo (il oggetto caldo ad uno freddo (il caloricocalorico).).

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Temperatura e SensazioniTemperatura e Sensazioni Gli esseri umani sono estremamente sensibili ai Gli esseri umani sono estremamente sensibili ai

cambiamenti di temperatura.cambiamenti di temperatura.

Abbiamo una Abbiamo una

percezione percezione relativarelativa

della temperatura (della temperatura (TT).).

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Warm Water

Cold Water

LukewarmWater

EsperimentoEsperimento

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TemperaturaTemperatura

……due persone diverse possono definire “due persone diverse possono definire “caldocaldo” o ” o

““freddofreddo” lo stesso oggetto” lo stesso oggetto

… … tuttavia saranno entrambe concordi nel ritenere tuttavia saranno entrambe concordi nel ritenere

dell’acqua bollente dell’acqua bollente piupiu’ calda del ghiaccio.’ calda del ghiaccio.

Possiamo rendere quantitativa questa osservazione, Possiamo rendere quantitativa questa osservazione,

cercando una cercando una proprieta’ fisica che varia in modo proprieta’ fisica che varia in modo

regolare passando dal freddo al caldoregolare passando dal freddo al caldo

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Proprieta’ termicheProprieta’ termiche

Dilatazione termicaDilatazione termica Resistenza elettricaResistenza elettrica Colore (emissione elettromagnetica)Colore (emissione elettromagnetica)

Le proprietà termica sono proprietà che dipendono in Le proprietà termica sono proprietà che dipendono in

modo regolare dalla Temperaturamodo regolare dalla Temperatura

Di queste proprietà fisiche avremo occasione di parlarne più avanti nel corso.

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Il TermometroIl Termometro Galileo nel 1610 descrive un “Galileo nel 1610 descrive un “termoscopiotermoscopio” per ” per

misurare la temperatura. Tuttavia non vi era un valore misurare la temperatura. Tuttavia non vi era un valore

standard di riferimento.standard di riferimento.

Nel 1641 viene costruito, per Ferdinando II Granduca Nel 1641 viene costruito, per Ferdinando II Granduca

di Toscana, il primo di Toscana, il primo termometro ad alcooltermometro ad alcool in vetro. Vi in vetro. Vi

erano segnate 50 tacche arbitrarieerano segnate 50 tacche arbitrarie

Nel 1702, Roemer suggerisce l’uso di Nel 1702, Roemer suggerisce l’uso di due valori fissi due valori fissi

standardstandard su cui basare una scala di temperature su cui basare una scala di temperature

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Scale di TemperaturaScale di Temperatura

Gabriel Daniel Fahrenheit nel 1724 inventa il Gabriel Daniel Fahrenheit nel 1724 inventa il termometro termometro

a mercurioa mercurio (che possiede una grande e regolare espansione (che possiede una grande e regolare espansione

termica)termica)

I due punti fissi sonoI due punti fissi sono 0:la temperatura di una miscela di cloruro d’ammonio e ghiaccio0:la temperatura di una miscela di cloruro d’ammonio e ghiaccio 100: la temperatura di un corpo umano in salute100: la temperatura di un corpo umano in salute In seguito Fahrenheit modificò la scala in modo tale che la In seguito Fahrenheit modificò la scala in modo tale che la

temperatura di fusione del ghiaccio fosse 32 °F e il punto di temperatura di fusione del ghiaccio fosse 32 °F e il punto di

bollizione dell’acqua 212 °Fbollizione dell’acqua 212 °F

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Scale di TemperaturaScale di Temperatura Nel 1745 Anders Celsius propone una scala divisa in Nel 1745 Anders Celsius propone una scala divisa in

100 gradi basata sulla temperatura di fusione del 100 gradi basata sulla temperatura di fusione del

ghiaccio (0 °C) e di ebollizione dell’acqua (100 °C)ghiaccio (0 °C) e di ebollizione dell’acqua (100 °C)

Nel 1933 viene scelto come punto fisso il punto triplo Nel 1933 viene scelto come punto fisso il punto triplo

dell’acqua, fissato a 0.01 °Cdell’acqua, fissato a 0.01 °C

La scala Kelvin pone a 273.16 K il punto triploLa scala Kelvin pone a 273.16 K il punto triplo

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TermometroTermometro

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Fahrenheit Celsius KelvinPunto di Punto di ebollizione ebollizione

Punto di congelamento

212 100 373.15

32 0 273.15

180° 100° 100°

1 kelvin = 1 grado Celsius1 kelvin = 1 grado Celsius

Scale di TemperaturaScale di Temperatura

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Il caloreIl caloreCome aumenta la temperatura di una sostanza?

In generale trasferendole energia……….

Il Fisico britannico James Prescott Joule decise di Il Fisico britannico James Prescott Joule decise di indagare sugli effetti termici del movimento meccanicoindagare sugli effetti termici del movimento meccanico

A tale scopo costruì il mulinello A tale scopo costruì il mulinello a palette (schema in figura).a palette (schema in figura).

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Il mulinello di JouleIl mulinello di Joule

I due pesi raffigurati, scendendo verso il I due pesi raffigurati, scendendo verso il basso mettono in rotazione il mulinello basso mettono in rotazione il mulinello contenuto nel calorimetrocontenuto nel calorimetro

Dopo diverse ripetizioni si nota che la Dopo diverse ripetizioni si nota che la temperatura del sistema è aumentata di temperatura del sistema è aumentata di una quantità una quantità T corrispondente ad una T corrispondente ad una quantità di calore Qquantità di calore Q

tot tot calcolabile calcolabile

attraverso la formula Qattraverso la formula Qtottot = m c = m cT.T.

L'acqua agisce sulle palette creando un attrito viscoso che cresce all'aumentare L'acqua agisce sulle palette creando un attrito viscoso che cresce all'aumentare della velocità delle palette. I due pesi cadono con un' accelerazione simile a della velocità delle palette. I due pesi cadono con un' accelerazione simile a gg, ma , ma quando la velocità aumenta anche l' attrito dell' acqua diventa maggiore. In breve quando la velocità aumenta anche l' attrito dell' acqua diventa maggiore. In breve tempo quindi la resistenza idrodinamica che agisce sul mulinello diventa uguale tempo quindi la resistenza idrodinamica che agisce sul mulinello diventa uguale alla forza peso agente sulle due masse, per cui queste scendono con velocità alla forza peso agente sulle due masse, per cui queste scendono con velocità costante.costante.

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Il mulinello di JouleIl mulinello di JouleDi conseguenza l' energia cinetica finale Di conseguenza l' energia cinetica finale EcEc

delle due masse è delle due masse è minoreminore della loro energia della loro energia

potenziale potenziale EpEp

L’energia “mancante” è stata dissipata per L’energia “mancante” è stata dissipata per

attrito nel calorimetro e, di conseguenza, attrito nel calorimetro e, di conseguenza,

l’acqua si è riscaldata, acquistando l’acqua si è riscaldata, acquistando calorecalore..

Da ciò deriva che calore ed energia sono la Da ciò deriva che calore ed energia sono la

stessa quantità fisica. Fu quindi accettata stessa quantità fisica. Fu quindi accettata

l'idea che il calore è come il lavoro: una l'idea che il calore è come il lavoro: una

delle modalità di trasmissione dell'energia.delle modalità di trasmissione dell'energia.

Nel suo esperimento Joule stabilì che occorreva compiere un lavoro do 4180 J per aumentare di 1 grado K (o centigrado) la temperatura di 1kg di acqua.