Importanza della temperatura

La temperatura è un grandezza utile alla descrizione delle proprietà dei materiali,

solidi, liquidi o gassosi.La temperatura e l’umidità permettono di descrivere l’ambiente in cui può trovarsi un’opera d’arte e gli effetti indotti su di

essa.

Le nuove tecnologie disponibili permettono di osservare e studiare il comportamento termico di edifici e opere d’arte in modo non invasivo.

La Temperatura

Servono sistemi che abbiano delle proprietà sensibili a T, misurabili e riproducibili.Proprietà: la dilatazione dei solidi e dei liquidi in funzione della temperatura.

Tali sistemi sono detti TERMOMETRI

La temperatura descrive lo stato di caldo o di freddo di un corpo.

La nostra sensibilità è soggettiva.

Taratura del termometro

Poi si immerge, lo stesso termometro, in un contenitore, dove si trova acqua in ebollizione, il liquido termometrico si dilata e raggiunge un

livello superiore lungo il capillare .Vi si attribuisce il valore 100.

Il termometro (a liquido) deve fornire un’informazione numerica dello stato di caldo o freddo: misura.

Si utilizza acqua e ghiaccio, si immerge il termometro nel contenitore e al livello del liquido termometrivo si marca un segno.

Vi si attribuisce il valore 0.

Per motivi storici esistono varie scale termometriche, le prime due, più diffuse, risultano di interesse per chi viaggia o scambia opere

d’arte, la terza di interesse fisico:

Congelamento Ebollizione Divisioni

Scale Termometriche

Scala Celsius 0 o C 100 o C 100 (1742)

Scala Fahrenheit 32 o F 212 o F 180 (1724)

Scala Kelvin 273.15 K 373.15 K 100 o assoluta (1847)

Le altezze del liquido coincidono, il valore attribuito cambia:

Conversioni di Temperatura

KelvinFahrenheitCelsius

KelvinoFahrenheitCelsius

KelvinFahrenheitcelsius

hh

hh

hh

hhh

hhh

0

1

0

1

0

1

00

111

:entrambi dividere Possiamo

.

anche ma

,

:180

32

100

,32212

32

0100

0

,0

1

0

1

FC

FC

FahrenheitCelsius

TT

TT

h

h

h

h

Caso turistico-artistico: Per le proprietà fisiche:

:100

15.273

100

,15.27315.373

15.273

0100

0

,0

1

0

1

KC

KC

KelvinCelsius

TT

TT

h

h

h

h

329

5 Fc TT 15.273 kc TT

Calibrazione di un termometro

Fondeboll

FondmisCal

Fondeboll

Fondmiscal

misuratacalibrata

TT

TTT

TT

TTT

h

h

h

h

100

,0100

0

,0

1

0

1

Il calore si trasmette da un corpo a T maggiore a quello a T minore, finché i due corpi non raggiungono l’equilibrio

Equilibrio Termico.

Legge zero della termodinamica:

se due sistemi A e B sono in equilibrio con un terzo sistema C, allora A e B sono in equilibrio tra loro.

Grazie a questa legge possiamo definire lo stato termico di un sistema mediante la Temperatura e quindi mediante l’utilizzo di termometri.

1° chiarimento

• Per la matematica dire x=y, implica che quello che è a sinistra dell’uguaglianza (1° membro) è uguale a quello che è a destra (2° membro), spesso si pensa solo a numeri.

• Per la fisica la grandezza deve essere omogenea, ovvero le lunghezze non possono essere uguali al tempo.

• Si deve avere x metri = y metri.

• Oppure x secondi = y secondi ecc.

La temperatura: grandezza fisica

• La fisica è una scienza “operativa”:

Definizione di Temperatura: La temperatura è quella grandezza :

che si misura con il termometro.

1. Criterio di uguaglianza. 2. Criterio di somma.3. Criterio di misura con campione.

Per definire una grandezza si stabiliscono i seguenti criteri

Il piede: era letteralmente il piede del re.La iarda: distanza tra l’estremità del braccio

disteso e la parte posteriore del collo.Il pollice: distanza tra l’estremità e la nocca del

pollice del re.

Dopo la rivoluzione francese: l’Assemblea Nazionale incarica l’Accademia delle Scienze di Parigi.Viene definito il sistema metrico decimale.

1791 METRO = 1/10.000.000 della distanza polo-equatore

Campione in platino-iridio del metro BIPM a ParigiCampione italiano a Roma c/o Ufficio Metrico centrale

1960 metro ottico: 1650763.73 volte la lunghezza d’onda nel vuoto della luce rosso arancione del (86Kr)

1983 dalla velocità della luce 299792458 m/s si deriva il campione di 1 m 1 metro: distanza percorsa in 1/299792458 s dalla luce nel vuoto

Grandezze Fisiche ed unità di misura:Unità di misura della LUNGHEZZA

Unità di misura della MASSAMassa: quantità di materia presente in un corpo.

1795 - 1 kilogrammo quantità di materia contenuta in 1000 cm3 di acqua a 0 ºC.1799- 1 kilogrammo quantità di acqua contenuta in 1000 cm3 di acqua a 4 ºC.1889 ad oggi – 1 kilogrammo massa del prototipo di platino-iridio, cilindro di

h=39 mm e d=39 mm, depositato c/o BIPM a parigi.

Campioni italiani a Roma c/o Ufficio Metrico Centrale Unità di massa atomica 1/12 del 12 C = 1.664 ∙10-27 kg

Unità di misura del TempoPer misurare il tempo si utilizza un fenomeno periodico.

Per esempio la rotazione della terra.La suddivisione storica in 24 h, 60’, 60” ha origine

dalla civiltà Babilonese, come la suddivisione degli angoli.L’accademia delle scienza ha provato ad utilizzare il sistema

decimale senza risultato.

1 sec la durata di 9192631770 oscillazioni di radiazione 133Cs

Grandezze derivate

• Lo spazio si misura in metri

• Il tempo in secondi

• Quanto rapidamente percorriamo lo spazio nel tempo (velocità)

x1Ox2

x1 posizione del corpo a t=t1 x2 posizione del corpo a t= t2

Spostamento = x2-x1

t

x

tt

xxv

12

12velocità

secondi

metri

s

m

Grandezze scalari e vettoriali

• Grandezze scalari sono identificate da un numero (Temperatura, massa, tempo)

• Grandezze vettoriali sono indentificate da un numero (intensità o modulo), una retta direttrice ed un verso (posizione, spostamento, velocità, accelerazione, Forza).

Grandezze derivatee analisi dimensionale

Energia Cinetica2

2

1mv misurata in Joule

Energia potenziale grav. mgh misurata in Joule

Analisi dimensionale:

2

22

s

m kg

2

1mv

m

sm

kg 2

mgh

velocità della luce: Hz ms

m

c

Pressione:

2

2

2][

AF

superficie una su Forzam

smkg

mN

Pa

1 atm = 1.013 ∙105 Pa = 1013 mbar = 760 Torr = 14.7 psi (lbf/inch2)

Misura del caloreUnità di misura del calore kilocaloria (kcal).

Sistema Britannico British Thermal Unit (Btu)

Quantità di calore necessaria per aumentare di 1 oF, da 58.5 oF a 59.5 oF una lb di acqua.

1 Btu = 0. 253 kcal.

Equivalente meccanico (energia in Joule).

1 kcal = 1000 cal = 4186 J

1 Btu = 778 lbf ft =1055 J.

Quantità di calore necessaria per aumentare di 1 °C,

da 14.5 °C a 15.5 °C un kg di acqua.

Calore (Q)

Con un altro materiale vedremmo che i tempo richiesto sarà diverso (Q diversi) per ottenere lo stesso T.

Si utilizza una sorgente di calore costante,all’aumentare della quantità di materia

da scaldare aumenta in tempo necessario per avere la stessa temperatura finale

TΔ stesso lo avereper mQ

Questa proprietà peculiare di ogni materiale è detta calore specifico c

T cmQ

Il calore ceduto o assorbito da un corpo di massa m è proporzionale alla variazione di Temperatura alla massa ed al calore specifico

CkgmkcalQ T , ,

Calore specifico (c) 

 

 

CT 100

TmcQ

 

Sostanza kcal/(kg oC) J/(kg o

C)

Acqua 1,000 4186

Alluminio 0.215 900.0

Ferro 0.108 452.1

Ghiaccio 0.500 2093

Ottone 0.094 393.5

Vapore acqueo 0.481 2013

piombo 0.031 129.8

vetro 0.20 837.2

Tutte le palline sono alla stessa temperatura.

,Tm

Qc

Vengono collocate sulla paraffina e per materiali diversi si avranno penetrazioni diverse del blocco di paraffina nonostante siano alla stessa temperatura.

Termometri Termometri a liquido: mercurio (da -38.9 oC a 360 oC).

Basse T Alcool colorato ( -80 oC) … pentano …

Termometri di massima: strozzatura nel bulbo.

e minima.

Termometri metallici

Termometri a resistenza elettrica. Platinum resistor 100 PTR 100

Coppie termoelettrice. TC K, T

Termometri ottici rivelatori di infrarosso

Taratura dei termometri

 

T di fusione

T di ebollizione

T aumentakcal/kg 7.79fL Calore latente di fusione

raffr. solidificazione

kcal/kg 539eL Calore latente di evaporazione raffr. condensazione

mQ f fL

mQe eL

Sono stati utilizzati due multimetri (uno economico ed uno professionale) equipaggiati per la misura di Termocoppie di tipo K, abbiamo calibrato quattro

termocoppie etichettate A, B, C e D.

La seconda e terza colonna sono relative al multimetro economico, la quinta e la sesta sono relative al multimetro professionale.

Tester Economico Tester Professionale

Taratura del ………

Taratura di TC in classe