Didattica delle scienze (FIS/01)

Facoltà di Studi Classici, Linguistici e della Formazione

SCIENZE DELLA FORMAZIONE PRIMARIA (LM-85 bis)

Lucia Quattrocchi

Cos’è lo stato di aggregazione?

E’ il modo o meglio l’aspetto con cui la

materia si presenta ai nostri occhi.

Si parla di stato di aggregazione o stato fisico della materia

Gli stati della materia sono chiamati anche di aggregazione perché

dipendono da come le particelle che compongono la materia si dispongono nello spazio e da come interagiscono

Stati di aggregazione della materia

SE OSSERVIAMO CON ATTENZIONE INTORNO A

NOI È POSSIBILE RICONOSCERE TRE ASPETTI

DELLA MATERIA

Stato solido

Stato liquido

Stato aeriforme

Stati di aggregazione della materia

Stato solido

Gli oggetti allo stato solido sono indeformabilihanno una forma propria

occupano uno spazio ben preciso

quindi hanno un volume fisso

Allo stato solido le particelle costituenti la materia (atomi,molecole o ioni) si dispongono in modo ordinato ecompatto, con limitate possibilità di muoversi le unerispetto alle altre.

SOLIDO

Stato solido

possiedono un reticolo cristallino (sono caratterizzati dalla ripetizione di celle elementari nelle tre direzioni)

Un corpo allo stato liquido

• Non ha una forma propria perché assume quella del recipiente che lo contiene

• Ha un proprio volume• E’ incomprimibile

150cm3 di latte prima contenuti nel bicchiere vengono versati sul tavolo: il volume è sempre lo stesso, ma cambia il contenitore

Stato liquido

Allo stato liquido le particelle costituenti la materia sidispongono in modo disordinato e possono scorrere le unesulle altre, con medie possibilità di muoversi le une rispettoalle altre.

LIQUIDO

Stato liquido

Le particelle si dispongono in modo disordinato

Sono legate ma i legami sono instabili

Si formano e si spezzano in continuazione

Si muovono costantemente ma non si possono allontanare le une dalle altre

Possono solo scorrere

I LIQUIDI SONO INCOMPRIMIBILI Prendiamo una siringa da

5ml e togliamo l’ago

Riempiamo la siringa con acqua fino a 4ml

Chiudiamo con un dito o il palmo della mano il collo dove si infila l’ago e proviamo a spingere lo stantuffo

Non riusciremo a spostare il livello dell’acqua da 4ml

Ciò vuol dire che l’acqua, come tutti i liquidi, è incomprimibile

Stato liquido

Stato gassoso (aeriforme)• Non ha volume e forma propria• Occupa tutto lo spazio a sua

disposizione• E’ comprimibile

Allo stato gassoso le particelle costituenti la materia sidispongono in modo estremamente disordinato, conelevata possibilità di muoversi le une rispetto alle altre.

• Hanno densità minore dei liquidi

• Sono sempre miscibili e si mescolano spontaneamente

• Si espandono per riscaldamento e si contraggono per raffreddamento

GASSOSO

UN AERIFORME TENDE AD OCCUPARE

TUTTO LO SPAZIO A SUA DISPOSIZIONE Provate a friggere senza chiudere la porta della

cucina

A rompere una boccetta di profumo

A preparare il caffè

In tutti i casi l’odore si spanderà per tutta la casa e l’odore è dovuto alle molecole di olio, profumo o caffè allo stato di vapore che di miscelano alle molecole dell’ aria della casa cercando di occupare tutto lo spazio a disposizione

Stato gassoso (aeriforme)

PERCHÉ SOLIDI, LIQUIDI ED AERIFORMI SI

COMPORTANO IN MODO DIVERSO?

Agitazione termica

E’ il continuo

movimento delle

molecole

Forze di coesione

Sono le forze con cui le

molecole si attraggono

tra loro

Le molecole di cui è fatta la materia sono in movimento(agitazione termica) e nello stesso tempo si attraggono

(forze di coesione) tra loro

Limitatissima

agitazione

termica, grandi

forze di coesione

Maggiore

agitazione

termica, lievi

forze di coesione

Enorme

agitazione

termica,

debolissime forze

di coesione

Stato solido

Stato liquido

Stato aeriforme

Calore e temperatura

Il calore e la temperatura sono due concetti che spesso vengono confusi nell’uso comune ma in realtà sono due

concetti molto diversiPROVATE A TENERE IMMERSO PER UN PO' UN DITO IN ACQUA GELATA

E UN DITO DELL’ALTRA MANO IN ACQUA CALDA.

acqua

gelata

acqua

caldaacqua

a 20 ºC

Poi spostate entrambe le dita in acqua a temperatura ambiente.

Avrete una sensazione molto strana...

Un dito sentirà quell’acqua calda, mentre l’altro la sentirà fredda.

a questo dito

l’acqua sembra

calda

a questo dito

l’acqua

sembra fredda

QUESTA ESPERIENZA DIMOSTRA CHE

LE NOSTRE SENSAZIONI POSSONO INGANNARCI, PERCHÉ SONO SOGGETTIVE.

PER DESCRIVERE IN MODO SCIENTIFICO

IL CALDO E IL FREDDO CI SERVE INVECE

UNA DEFINIZIONE OGGETTIVA, SU CUI TUTTI SI POSSANO TROVARE D’ACCORDO.

Calore e temperatura

Storicamente il concetto di temperatura nasce come tentativo di quantificare le nozioni comuni di "caldo" e "freddo".

Calore e temperatura

La temperatura (indica lo stato termico di un corpo)è una proprietà. In fisica si asserisce che i sistemi (un insieme di

oggetti), in equilibrio termico con altri sistemi (un altro insieme di oggetti), hanno una proprietà in comune, alla quale si da il nome di

temperatura. Se invece i sistemi non sono in equilibrio, si avrà sempre un trasferimento di calore dal corpo più caldo al corpo più

(mai viceversa a meno che non si utilizzi energia, è il caso per esempio dei frigoriferi).

Possiamo quindi definire la temperatura come la proprietà che regola il trasferimento di energia termica, ossia del calore.

Calore e temperatura

Il calore è quindi una forma di energia che fluisce da uncorpo più caldo verso un corpo più freddo, ed è la causa

delle variazioni di temperatura: un corpo quando riceve caloresi scalda e di conseguenza la sua temperatura aumenta,al contrario, un corpo quando perde calore si raffredda e

perciò la sua temperatura diminuisce.

Le molecole che compongono la materia sono in continuo movimento. Nei solidi le particelle sono abbastanza fisse, nei liquidi la libertà di movimento aumenta e nei gas raggiunge il suo valore massimo.

All’ interno di due corpi a temperatura diversa, l’agitazione termica è maggiore nel corpo più caldo.

Agitazione termica

La temperatura è un indice del grado di agitazione termica: quanto maggiore è l’agitazione termica, tanto maggiore è la temperatura di una sostanza. E’ una delle 7 grandezze fisiche

fondamentali.

Riscaldare una sostanza significa fornirle una certa quantità di calore che comporta un aumento dell’agitazione termica delle sue molecole

Raffreddare una sostanza significa sottrarle una certa quantità di calore che comporta una diminuzione dell’agitazione termica delle sue molecole

Agitazione termica

Termometro

Un termometro è uno strumento di misura per misurare la temperatura, oppure le variazioni di temperatura.

Per misurare realmente la temperatura dobbiamo utilizzare qualche fenomeno ad essa collegato ed in verità esistono molte proprietà fisiche che variano quando varia la nostra percezione

fisiologica di temperatura.

Tra queste possiamo citare il volume di un liquido, la lunghezza di una sbarra, la pressione di un gas mantenuto a volume

costante, il volume di un gas mantenuto a pressione costante, il colore del filamento di una lampada o la resistenza elettrica di

un filo. Una qualunque di queste proprietà può essere utilizzata per

costruire un termometro, ovvero uno strumento per misurare la temperatura.

Termometro a liquidiEssi si basano sul fatto che all’aumentare della temperatura i corpi si dilatano e sono costituiti da un tubicino di vetro riempito di un liquido (spesso mercurio) che, al crescere della temperatura, aumenta il proprio volume salendo.

Tubo capillare sotto vuoto

Bulbo con mercurio

Scala termometrica

Quando il bulbo viene a contatto con un corpo scambia calore con esso fino a che il livello termico dei due corpi non arriva all’equilibrio

Il liquido sale (o scende) e la scala graduata ci fornisce la temperatura dell’oggetto

tubo

capillarebulbo

Per tarare un termometro lo si pone prima a contatto con ghiaccio

contenete ghiaccio fondente. Quando il mercurio si ferma e si fa un segnoPoi si immerge lo stesso termometro nell’acqua bollente e si ripete al stessa

operazione precedenteInfine l’intervallo fra i due segni viene suddiviso in 100 parti … Alla prima

tacca assegniamo 0°All’ultima 100°

Taratura di un termometro

Il grado Celsius (°C) è l'unità di una scala di misura per la temperatura, così chiamata dal nome

dell'astronomo svedese Anders Celsius (1701-1744), che la propose per la prima volta nel 1742. La

scala Celsius oggi utilizzata fissa il punto di congelamento dell'acqua a 0 °C e il punto di ebollizione

a 100 °C in condizioni standard di pressione. In origine invece la scala fu ideata da Celsius perché

il punto di ebollizione dell'acqua fosse a 0 °C, e il punto di congelamento a 100 °C; solo dopo la

sua morte, nel 1744, la scala fu modificata in quella oggi di uso comune, cioè invertita.

Scala Celsius

Scala FahrenheitLa scala Faharenheit pone lo zero alla temperatura più bassa raggiungibile in laboratorio all’epoca della sua proposta (1724) in questo modo si potevano avere solo valori positiviTarò il suo termometro basandolo sulla temperatura del sangue dei cavalli (era veterinario) Per questo i sui valori di congelamento (32°F) e di ebollizione (212°F) ci appaiono strani

In realtà entrambe le scale Celsius e Fahrenheit hanno un difetto e cioè che è perfettamente possibile scendere sotto gli zero gradi. Anche a

temperature inferiori agli zero gradi le molecole di cui ècomposta la materia continuano a muoversi ed agitarsi. Ma scendendo in

temperatura questi movimentisi faranno via via più piccoli, la velocità scenderà fino ad un punto in cui tutte le molecole rimarranno perfettamente immobili. E' ovvio che sotto questo livello non è possibile andare, la velocità non potrà scendere sotto

zero. Questo punto di immobilità assoluta di tutti i costituenti microscopici

della materia viene chiamato zero assoluto. La temperatura dello zero assoluto corrisponde a

zero assoluto = -273,15° C

Scala Kelvin

La scala Kelvin corrisponde proprio a questa esigenza.Un grado kelvin corrisponde esattamente ad un grado centigrado, ma lo zero è stato spostato verso il basso a -273,15 °C. Quindi per passare da centigradi a kelvin bisogna aggiungere 273,15 mentre per passare da kelvin a centigradi bisogna sottrarli:

Dilatazione termica

Tutti i corpi, sottoposti ad una variazione di temperatura, subiscono deformazioni più o meno evidenti. Qualitativamente questo fenomeno si può giustificare nel seguente modo: qualsiasi aumento di temperatura di un corpo materiale è accompagnato da un aumento della velocità di vibrazione delle sue molecole e conseguentemente da un numero maggiore di urti che queste subiscono. Questi fenomeni determinano un incremento della distanza media tra le molecole, per cui il risultato finale si

traduce in un aumento del volume.

Dilatazione termica lineare

λ (lambda) rappresenta una costante di proporzionalità detta coefficiente di dilatazione lineare, che dipende unicamente dalle proprietà fisiche della sostanza di cui è fatto il filo o la barra.

Dunque λ esprime la variazione di lunghezza subita da una barra di un metro in seguito ad una variazione di temperatura di un grado

centigrado.

Questa relazione esprime la legge della dilatazione lineare e dimostra che la lunghezza aumenta linearmente con la variazione di

temperatura.

Nel caso di dilatazione superficiale si consideri una lamina rettangolare di dimensioni iniziali ao e bo e superficie So

Dilatazione termica superficiale

Pertanto il coefficiente di dilatazione superficiale è circa uguale al doppio del coefficiente di dilatazione lineare.

Dilatazione termica volumica

Si noti che nelle relazioni che esprimono le dilatazioni lineare, superficiale e cubica

sarebbe più corretto scrivere Δt invece di t, poiché la causa della dilatazione è una

variazione di temperatura; in questo caso compare t perché è stata scelta come

temperatura di riferimento quella di 0o C

Dilatazione termica nei liquidiAnche nei liquidi è presente il fenomeno della dilatazione e si tratta ovviamente di una dilatazione cubica. La relazione è uguale a quella dei solidi:

La differenza fondamentale è nell’ordine di grandezza della costante α che per i liquidi è maggiore Questa differenza è spiegabile dal punto di vista microscopico per i legami atomici presenti nei liquidi, diversi dai solidi caratterizzati da una struttura cristallina più rigida.

L’acqua, a differenza di altri liquidi, presenta uno strano comportamento: fra i 0°C e i 4°C, il suo volume invece di aumentare con la temperatura, diminuisce. Oltre i 4°C il comportamento degli altri fluidi.Considerando che la massa è costante (e quindi non influenzata dalla temperatura) si può dire che l’acqua raggiunge la sua massima densità a 4°C (ovvero minimo volumea parità di massa)

Questo comportamento ha una importanza fondamentale

dal punto di vista biologico.

Anomalia dell’acqua

EQUILIBRIO TERMICO

Ogni sistema tende spontaneamente a portarsi in equilibrio termico con l’ambiente che lo circondaQuesto accade anche se due corpi sono posti a contattoEsempi:- Ponendo un oggetto (ad es. il termometro clinico) con il nostro corpo, dopo qualche minuto l’oggetto avrà la stessa temperatura del nostro corpo- Se in un contenitore mescoliamo due masse d’acqua, una a temperatura t1 e l’altra a temperatura t2 con t2 > t1 dopo qualche minuto tutta l’acqua si porterà ad una temperatura intermedia tra t2 e t1

t1 < te < t2

Il calore è qualcosa che viene trasferito dal sistema all’ambiente o

viceversa, a causa di una differenza di temperatura.

IL CONCETTO DI CALORESe la temperatura del sistema è superiore a quella dell’ambiente il passaggio di calore avviene dal sistema all’ambiente.

Se la temperatura del sistema è inferiore a quella dell’ambiente il passaggio di calore avviene dall’ambiente al sistema.

Se il sistema è formato da più corpi si verifica un passaggio di calore dai corpi più caldi a quelli più freddi fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.

Nella vita quotidiana si possono avere due tipi di esigenze:

A volte bisogna fare in modo che il trasferimento di calore da un corpo ad un altro avvenga il più velocemente possibile.

Esempi: una pentola poggiata su una piastra elettrica; un termosifone in una stanza etc…

Altre volte bisogna fare in modo che il trasferimento di calore da un corpo ad un altro avvenga il più lentamente possibile.

Esempi: una casa deve essere fatta in modo che il calore interno attraversi le pareti molto lentamente; il cibo in un thermos si deve

raffreddare molto lentamente.

LA LEGGE FONDAMENTALE DELLA CALORIMETRIA

Sulla base di molti esperimenti progettati per studiare il riscaldamento dei corpi si è arrivati alla formulazione di questa legge (formula) che esprime la quantità di calore assorbita o ceduta da un sistema in funzione della variazione di temperatura che ne consegue.

ΔtmcQ

Q = quantità di calore assorbito o ceduto da un corpo m = massa del corpo c = costante detta calore specifico che dipende dalla sostanza di cui è

fatto il corpo = è la variazione di temperatura Il calore Q può essere positivo o negativo. Per convenzione diciamo che Q è positivo quando il corpo assorbe

calore

t

LA LEGGE FONDAMENTALE DELLA

CALORIMETRIA

ΔtmcQ

Praticamente afferma che la variazione di temperatura è

direttamente proporzionale alla quantità di calore assorbita o ceduta

dal corpo ed è inversamente proporzionale alla massa del corpo.

Maggiore è il calore specifico c e maggiore è la pendenza della retta.Ciò significa che la sostanza rossa ha un calore specifico maggiore di quella bluPer riscaldare di 10 °C la sostanza rossa occorre più calore di quello necessario per riscaldare sempre di 10°C la sostanza blu

LA LEGGE FONDAMENTALE DELLA CALORIMETRIA

ΔtmcQ

Dalla formula principale si ricavano le formule inverse

Δtc

Qm

Δtm

Qc

mc

QΔt

UNITÀ DI MISURA DEL CALOREAbbiamo detto che il calore non è altro che energia in transito. Pertanto nel Sistema Internazionale il calore ha la stessa unità di misura dell’energia: Joule (simbolo J) Molto usato è il kiloJoule un multiplo del Joule

1 kJ = 1000 J ossia 103 J

Nella pratica è ancora molto usata la caloria (simbolo cal) cheè l’unità di misura del Sistema Tecnico, non del S.I:

La caloria è la quantità di calore necessaria per far aumentarela temperatura di 1 g di acqua distillata di 1°C (piùprecisamente per farla passare da 14,5 °C a 15,5 °C)

UNITÀ DI MISURA DEL CALORELa caloria è ancora usata soprattutto dai Termici ed anche dai MediciSpesso sentiamo dire dai Dietologi e/o Dietisti che ad es. un gelato ha 150 calorie.Attenzione!!!Le calorie usate in Medicina sono in realta kilocalorie

1 kcal = 103 cal = 1000 cal

La kcal viene anche detta grande caloria e viene indicata con il simbolo CalQuindi se il gelato ha 150 Cal significa che ha 150.000 calcioè ha l’energia per riscaldare di 1°C 150.000 g (cioè 150 kg di acqua).

1 cal = 4,186 J 1 J = 1/4,186 cal

Pertanto, per trasformare le calorie in Joule basta moltiplicare per 4,186

Tra due corpi vi è stato un trasferimento di calore pari a840 cal. Quanto vale il calore espresso nell’unità di misuradel SI ?Risposta: 840 x 4,186 = 3516,24 J

IL CALORE SPECIFICO

Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore (espressa in J) che bisogna fornire ad 1 kg della sostanza per far innalzare la sua temperatura di 1 K

La sua unità di misura nel SI è

Mentre nel sistema pratico (sistema tecnico)

Il calore specifico è una caratteristica intrinseca della sostanza

Kkg

J

Cg

cal

IL CALORE SPECIFICO

LA CAPACITÀ TERMICAE’ evidente che fornendo la stessa quantità di calore (ad es. 1000 J) a due corpi diversi, questi subiscono incrementi di

temperatura diversi.Si definisce capacità termica (e si indica con il simbolo C) di un corpo la quantità di calore che deve essere fornita a quel

corpo per aumentare la sua temperatura di un grado.La capacità termica è definita come il prodotto del calore

specifico della sostanza per la massa del corpo:

La sua unità di misura nel SI è J/K

mcC

IL CALORIMETRO

Il calorimetro è lo strumento che serve per misurare la quantità di calore assorbita o ceduta da un corpo.

Il tipo di calorimetro più diffuso è quello ad acqua.

Se si conosce la massa d’acqua nel calorimetro, la temperatura iniziale e quella finale si misurano con il termometro, il calore specifico dell’acqua è noto, applicando la formula

si ricava il calore Q

ΔtmcQ

LA PROPAGAZIONE DEL CALORE

Il trasferimento del calore da un corpo ad un altro può avvenire secondo tre modi diversi:

per conduzione per convezione

per irraggiamento

Nel trasferimento di calore da un corpo ad un altro si può verificare uno solo di questi tre meccanismi, due

insieme o anche tutti e tre insieme.

LA CONDUZIONE

L’esperienza ci dice che esistono buoni conduttori di calore e cattivi conduttori di calore.

Il parametro fisico che tiene conto di questa caratteristica di una sostanza prende il nome di conducibilità termica

La conducibilità termica è una caratteristica propria di ogni sostanza, dipende dalla struttura molecolare.

L’unità di misura della conducibilità termica nel S.I. è W/(m K)

In genere i metalli sono buoni conduttori di calore .Il legno, il vetro, il sughero sono cattivi conduttori.L’aria è un pessimo conduttore di calore.

LA CONDUZIONE

La conduzione è il meccanismo di propagazione del calore, senza spostamento di materia, che avviene per contatto tra corpi a temperature diverse o tra parti di uno stesso corpo non in equilibrio termico

Consideriamo una lastra (parete) di sezione (cioè area) S e di spessore l, mantenendo le due facce a temperature T1 e T2 con T2 > T1 ci sarà un flusso di calore dalla faccia a temperatura maggiore a quella a temperatura minore.

A causa di una differenza di temperatura, viene provocato un trasferimento di energiacinetica da una molecola a quella adiacente che possiede una velocità di vibrazione minore, essendo la velocità di vibrazione delle particelle indice della temperatura del corpo. Si ha in questo modo un trasferimento di energia, sotto l’influenza del gradiente di temperatura (variazione della temperatura lungo una direzione), senza uno spostamento di particelle; dunque il mezzo in cui avviene conduzione rimane nella condizione di quiete.

LA CONVEZIONE

La convezione è il meccanismo di trasferimento di calore accompagnato da spostamento di materia.

Interessa i fluidi (sia liquidi che gas)

Non interessa i solidi, dove non è possibile lo spostamento di materia

Il principio che sta alla base della convezione è il principio di Archimede che recita:

Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso di fluido spostato.

In sostanza un qualsiasi oggetto (anche una porzione di liquido) immerso in un fluido (anche lo stesso liquido) è sospinto verso

l’alto. La spinta è tanto maggiore quanto maggiore è la differenza di densità tra il fluido e il corpo che viene spinto

LA CONVEZIONE

Le molecole di acqua a contatto con la piastra riscaldata dalla fiamma si dilatano, si riducono di densità e per il principio di Archimede sono sospinte verso l’alto. Le molecole in alto essendo rimpiazzate da quelle che salgono sono costrette a scendere.

Si creano così delle correnti convettive

Queste correnti sono evidenti se nell’acqua si introducono dei semi di limone o di arancia. Mentre l’acqua si riscalda i semi tendono a salire trascinati da queste correnti convettive.

LA CONVEZIONE

Nei fluidi la modalità principale di propagazione del calore è la convezione.Essa è sempre accompagnata da uno spostamento di materia.

Attenzione! La convezione interessa sia i liquidi che i gas.

L’aria nella mongolfiera viene riscaldata dalla fiamma, diventa più leggera e sale verso l’altro trascinando con sé il pallone.

L’IRRAGGIAMENTO

L’energia che ci arriva dal sole ci raggiunge grazie all’irraggiamento.

L’irraggiamento consiste nell’emissione di onde elettromagnetiche (radiazioni) che si propagano anche nel vuoto.

Le onde elettromagnetiche infatti non hanno bisogno di un mezzo materiale per propagarsi.

Tutti gli oggetti emettonoradiazioni elettromagnetiche, che

sono frutto dell’eccitazione termica della superficie del corpo, legata allacondizione energetica dei suoi atomi

(l’irraggiamento è tanto piùintenso quanto maggiore è la

temperatura dell’oggetto stesso), eviene emessa in tutte le direzioni;

L’ irraggiamento avviene spontaneamente da un qualsiasi corpo caldo verso un altro corpo

L’IRRAGGIAMENTO

La quantità di energia che un corpo assorbe quando è colpito da radiazioni elettromagnetiche dipende molto dallo stato della sua superficie:

- è minima se essa è chiara e lucida; - è massima se è nera

Questo è il motivo per cui d’estate è preferibile vestire con abiti chiari.

Quando una radiazione colpisce un corpo essa viene:- in parte assorbita- in parte trasmessa (se il corpo è trasparente)- in parte riflessaQuella parte di radiazione assorbita dal corpo ne provoca il riscaldamento. Non solo il sole emette radiazioni ma tutti i corpi (anche il nostro corpo). In genere più alta è la temperatura di un corpo, maggiore è la quantità di radiazioni emesse. Gli oggetti caldi come il fiammifero o il filamento di una lampadina emettono radiazioni visibili all’occhio umano. Oggetti più freddi come il corpo umano, emettono radiazioni nel campo dell’infrarosso

EFFETTO SERRA

Ci sono materiali come il vetro ed alcune plastiche (cellofan, nylon etc..) che sono trasparenti alle radiazioni visibili, mentre sono opachi per le radiazioni infrarosse.

Essi vengono sfruttati nella costruzione delle serre.

I raggi del sole attraversano con facilità il vetro e vengono assorbiti dalla pianta. La pianta essendo un corpo a temperatura minore dei 1000°C emette radiazione infrarossa. Ma la radiazione infrarossa non riesce ad attraversare facilmente il vetro e dunque resta intrappolata nella serra. La temperatura all’interno della serra aumenta.Se non ci fosse il vetro l’energia ricevuta dal sole sarebbe all’incirca uguale a quella emessa sotto forma di infrarossi.

L’EFFETTO SERRAFenomeno climatico di riscaldamento degli strati inferiori dell’atmosfera terrestre, causato dall’assorbimento della radiazione infrarossa emessa dalla Terra da parte di alcuni gas. Riveste una importanza fondamentale per gli organismi viventi: limita la dispersione del calore e determina il mantenimento di una temperatura costante del pianeta. Tuttavia, l’immissione in atmosfera di elevate quantità di anidride carbonica (CO2) e altri gas, dovuta alle attività industriali, ha potenziato l’effetto serra naturale e sta determinando un anomalo aumento della temperatura, fenomeno noto come “riscaldamento globale”.

IL BILANCIO ENERGETICO DELLA TERRA Non tutta l’energia che parte dal Sole arriva fino alla superficie della

Terra.

Al suolo ne arriva quasi la metà.

Il resto viene assorbito e riflesso dalle nubi.

La parte di radiazione che raggiunge il suolo terrestre (e quindi anche gli oceani) riscalda i corpi sulla Terra. I corpi caldi però, acqua, terreno, oggetti, a loro volta emettono radiazione infrarossa (essendo ad una temperatura inferiore ai 1000°C).Questa radiazione infrarossa, in condizioni normali, attraversa l’atmosfera ed abbandona la Terra. In definitiva, in condizioni normali, l’energia emessa dalla Terra sotto forma di infrarossi è all’incirca uguale a quella ricevuta dal Sole.Il bilancio energetico è in pareggio, altrimenti la Terra dovrebbe riscaldarsi sempre di più.

Lo stato di aggregazione di un corpo non è una sua caratteristica immutabile ma può cambiare variandole condizioni in cui esso si trova.

Riscaldando una sostanza allo stato solido possiamo provocarne la fusione e continuando il riscaldamento del liquido ne otteniamo la vaporizzazione. Questa può avvenire o tramite l'evaporazione che interessa solo la superficie del liquido ed avviene a tutte le temperatura in cui la sostanza è allo stato liquido (es: l'acqua che evapora da una pozzanghera) o tramite l'ebollizione che coinvolge tutta la massa del liquido ed avviene ad una temperatura e pressione specifici (es:un pentolino di acqua che bolle sul fornello). Il passaggio di stato che si verifica invece raffreddando un gas è la condensazione (es:il vapore acqueo che d'inverno condensa sui vetri freddi) e continuando a raffreddare il liquido ne otteniamo la solidificazione (es: formazione dei cubetti di ghiaccio nel freezer). Alcune sostanze hanno la capacità di passare direttamente dallo stato solido allo stato gassoso tramite la sublimazione e dallo stato gassoso direttamente allo stato solido tramite il brinamento

PASSAGGI DI STATO

Durante un cambiamento di stato la temperatura di una sostanza rimane costante; il cambiamento di stato

avviene per sottrazione o cessione di calore

Il calore latente associato a una trasformazione termodinamica è la quantità di energia necessaria

allo svolgimento di un passaggio di stato

CALORE LATENTE

Il calore che noi forniamo è utilizzato solo per rompere la coesione interna delle molecole e per far avvenire il passaggio di stato Quando avviene il processo inverso questo calore viene restituito.

CALORE LATENTE

Calore latente di fusione: è quel calore che viene fornito ad un solido e che viene utilizzato per il passaggio solido liquido fino a che tutto il solido non si è fusoCalore latente di ebollizione: è quel calore che viene fornito ad un liquido e che viene utilizzato per il passaggio liquido vapore fino a che tutto il liquido non è passato allo stato di vapore

Calore latente di condensazione: è quel calore che viene ceduto all’ambiente durante il passaggio vapore liquido fino a che tutto il vapore non è condensatoCalore latente di solidificazione: è quel calore che viene ceduto all’ambiente e che viene utilizzato per il passaggio liquido solido fino a che tutto il liquido non è passato allo stato di solido

mQ

cioè il calore Q fornito o sottratto al sistema non influisce sulla temperatura, ma è proporzionale alla quantità di sostanza m che ha cambiato fase, e continua fino a che tutta la sostanza non cambia fase. In assenza di transizioni di fase invece, un apporto o un prelievo di calore determina una variazione di temperatura: si parla in questo caso di calore sensibile.

L'unità di misura del calore latente λ nel Sistema internazionale è J/kg. Spesso il calore latente vieneespresso per mole di sostanza come calore latente molare e nel SI si misura in J/mol.

Il calore necessario al passaggio di fase è:

CALORE LATENTE