LA MATERIA

TUTTO CIO’CHE CI CIRCONDA, CHE POSSIEDE UNA MASSA ED OCCUPA UN VOLUME

QUANTITA’ DI SPAZIO OCCUPATO DA UN CORPO

QUANTITA’ DI MATERIA PRESENTE IN UN CORPO

METODO SPERIMANTALE

OSSERVAZIONE DEI FENOMENI

IPOTESI

DATI SPERIMENTALI DATI BIBLIOGRAFICI

i dati confermano l’ipotesi

i dati non confermano l’ipotesi

FOMULAZIONE DI UNA LEGGE

ELABORAZIONE DEI DATI

La parte di materia che viene sottoposta alle osservazioni si definisce

SISTEMA

APERTO

Puo’ avvenire scambio di materia ed energia con l’ambiente esterno. (Es: una tazza di tè)

CHIUSO

Puo’ avvenire scambio di energia con l’ambiente esterno ma non scambio di materia. (Es: una lattina di aranciata presa dal frigo.)

ISOLATO Non c’è scambio di materia né di energia con l’ambiente esterno. (Es: il thermos è un tentativo di ambiente isolato.)

LE OSSERVAZIONI

Possono essere

QUALITATIVE

(fatte per mezzo dei sensi)

QUANTITATIVE

(fatte mediante misurazioni)

Nelle scienze sperimentali si devono compiere misurazioni di grandezze.Le misurazioni richiedono l’uso di strumenti di misura e di unità di misura.

MISURAZIONE =

OPERAZIONE CON LA QUALE SI METTE A CONFRONTO LA GRANDEZZA DA MISURARE CON L’UNITA’ DI MISURA

UNITA’ DI MISURA = GRANDEZZA CAMPIONE

MISURA =

VALORE NUMERICO CHE ESPRIME IL RAPPORTO TRA UNITA’ DI MISURA E GRANDEZZA DA MISURARE (quante volte l’unità di misura entra nella grandezza da misurare) ASSOCIATA AL SIMBOLO DELL’UNITA’ DI MISURA e all’incertezza.

GRANDEZZA =CIO’ CHE SI PUO’ MISURARE DI UN CORPO

LE GRANDEZZE POSSONO ESSERE FONDAMENTALI OPPURE DERIVATE

GRANDEZZE FONDEMENTALI

Lunghezza

Massa

Tempo

Temperatura

Corrente elettrica

Luminosità

Quantità di sostanza

UNITA’ DI MISURA

metro

chilogrammo

secondo

Kelvin

Ampère

Candela

mole

Esempi di alcune Grandezze derivate

Superficie

Velocità

Forza

Energia

Carica elettrica

SIMBOLO

m

Kg

s

K

A

cd

mol

UNITA’ DI MISURA

metro quadrato

metro al secondo

newton

joule

coulomb

SIMBOLO

mq

m/s

N

J

C

Grandezze del S.I. (Sistema Internazionale)

Caratteristiche delle misure

MISURE DIRETTE: Si hanno quando l’unità di misura viene messa direttamente a confronto con la grandezza da misurare.(es: misurazione del volume di un

liquido con il cilindro graduato)

MISURE INDIRETTE: Si hanno quando si utilizza una serie di misurazioni dirette ed in seguito dei

calcoli. (es: determinazione del volume di un solido dopo averne misurate le dimensioni )

Caratteristiche delle grandezze

GRANDEZZE ESTENSIVE : Che dipendono dalla quantità di materia a cui essa è riferita (massa, calore ecc.)

GRANDEZZE INTENSIVE : Che dipendono dal tipo (natura) di materia da cui è composto il sistema. (densità,

LA PRONTEZZA: La rapidità con cui uno strumento è in grado di fornire l’indicazione della misura

LA PRECISIONE: Dipende da due parametri

LA PORTATA: Misura più grande che si può effettuare con quello strumento.

Caratteristiche degli strumenti

LA SENSIBILITA’: Più piccola variazione della grandezza che lo strumento può apprezzare.

Fedeltà

Capacità di fornire misure simili tra loro

Giustezza

Capacità di fornire valori di misura molto vicini a quella vera

La lettura della scala graduata

Per poter leggere correttamente una scala graduata, è indispensabile conoscere il valore minimo della grandezza che quella scala può apprezzare (sensibilità).

Poi occorre assumere una posizione corretta rispetto alla scala: perpendicolare ad essa.

Quando ci si pone in posizione errata si compie un errore di parallasse

La determinazione della misura

Ogni misura è condizionata da un’incertezza. Questa è dovuta a varie cause:

1- limite di precisione dello strumento.

2-possibili errori durante la misurazione.

Errori sistematici

StrumentaliDovuti a difetti

O usura

Di metodoDovuti al

Metodo non

Ben realizzato

O organizzato

Errori casuali o accidentali

OggettiviDovuti alle

Condizioni

Di

Misurazione

(temperatura

Umidità ecc.)

SoggettiviDovuti

All’operatore

Pertanto la misura esatta non esiste ma viene assunto come valore attendibile, il valore medio delle misure

La scrittura della misura

La media delle misure si ottiene sommando i valori delle misurazioni diviso il numero delle misurazioni:

Siano m1=14,3 cm; m2=14,4 cm ; m3= 14,3 cm; m4 =14,5 cm ; m5

= 14,4 cm : m6 =14,5 cm i valori delle misure

Media = 14,3 + 14,4 + 14,3 + 14,5 + 14,4 + 14,5 =14,4 cm

6

Nella scrittura della misura,accanto al valore della media, si scrive l’errore della misura che si calcola :

Misura massima – misura minima

2

Viene chiamato errore assoluto e si indica con Δx

Δx = 14,5 – 14,3 = 0,1 cm

2

pertanto la misura sarà scritta con la forma (14,4±0,1) cm

L’incertezza della misura

Quando la misura della grandezza viene rilevata una sola volta, l’incertezza è uguale alla sensibilità dello strumento, la penna della figura avrà una lunghezza compresa tra 143 e 144 mm pertanto l’incertezza è di 1mm che equivale alla sensibilità dello strumento.

Pertanto se scriviamo la nostra misura esprimendola in cm possiamo scrivere

(14,3 ± 0,1) cm valore misurato incertezza della misura

L’errore relativo

L’errore assoluto influisce sulla misura, ma non ci dà informazioni sulla precisione della misura.

Questo viene fatto con l’errore relativo che si indica con εr.

εr = Δx

misura media

Es: se misuriamo la lunghezza e lo spessore di un’asse di legno usando un metro flessibile (portata 200 cm; sensibilità 0,1cm) ottenendo come misure

145,0 cm ± 0,1 cm e 3.4cm ± 0,1cm

εr = 0,1 cm = 0,00069

145,0 cm

εr = 0,1 cm = 0,029

3.4 cm

È evidente che l’errore commesso sulla lunghezza è molto inferiore rispetto a quello commesso sullo spessore e quindi la misura della lunghezza è più precisa.

La massa

La massa si determina con la bilancia a bracci uguali

bracci

piatti

indice

montante

Scala graduata

Appoggio a coltello

cavalieri

Il volume

Misura del volume con metodo diretto per spostamento di liquido: si versa una certa quantità di liquido in un cilindro graduato.

Si misura il volume del liquido.

Si immerge il solido nel liquido.

Si ripete la lettura del volume.

Il volume del solido sarà dato dalla differenza del volume del liquido con il solido all’interno – quello del liquido soltanto.

Il volume

Misurazione del volume di un solido regolare per mezzo di calcolo matematico tramite le dimensioni.

Per ogni dimensione si eseguono più misure e si calcola il loro valore medio.

Si determina il valore del Δχ e dell’εr delle misure dei lati.Si calcola il volume con la formula V = a x b x c

Si calcola l’errore assoluto del V sommando gli errori relativi dei lati e moltiplicando per il valore medio del volume.

εr v = ( εr a + εr b + εr c)

Δχ v = εr v x V

La densità

QUANTITA’ DI MATERIA PRESENTE NELL’UNITA’ DI VOLUME

L’energia

ENERGIA: la capacità di un corpo o di un sistema di compiere un lavoro

L’ENERGIA: si può presentare in varie forme

Energia meccanica, definita classicamente come somma di potenziale e cinetica Energia cinetica Energia termica Energia potenziale Energia potenziale gravitazionale Energia elettrica Energia chimica Energia nucleare Energia libera Radiazione elettromagnetica Energia magnetica Energia di massa Energia geotermica Energia eolica Energia solare Energia elastica

Energia termica

Energia creata dal movimento dalle particelle che costituiscono un corpo

Due corpi che possiedono quantità di energia termica diversa tendono a raggiungere l’equilibrio termico. L’energia che si trasferisce viene detta calore e il suo flusso dipende dalla temperatura, dal corpo con temperatura più alta a quello con temperatura più bassa.

Calore

Energia termica che si trasferisce da un corpo più caldo ad uno più freddo (grandezza estensiva)

Temperatura

Indice della quantità di energia posseduta da un corpo (grandezza intensiva)

Trasmissione del calore

IL CALORE si trasmette dal corpo più caldo a quello più freddo in tre modi:

A) CONDUZIONE trasmissione del calore in un mezzo liquido-solido-gassoso per contatto molecolare diretto

B) CONVEZIONE trasmissione del calore in un corpo fluido(gas o liquido) tramite lo spostamento delle particelle più calde verso l’alto ed il conseguente spostamento di quelle fredde verso il basso con la creazione di un moto rotatorio.

C) IRRAGGIAMENTO trasmissione del calore che avviene per trasferimento di particelle di energia in ogni ambiente (anche nel vuoto)

Misura del calore

La quantità di calore viene indicata con Q

Q = m c Δt

m = massa del corpo ( espressa in g )

c = calore specifico ( espresso in cal. / g °C o J / g °C )

Δt = ( t f – t i ) ( espressa in °C o K )

t f = temperatura finale

t i = temperatura iniziale

Calore specifico = quantità di calore necessaria per innalzare di 1 K la temperatura di 1 g di sostanza.

J = Joule ( unità di misura del lavoro, energia e calore S.I.)

Cal. = caloria = quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di 1°C di 1 g di acqua distillata.

K = Kelvin (unità di misura della temperatura S.I.)

1J = 0,2388 cal. 1 cal. = 4,186 J

Gli stati di aggregazione della materia

Liquido

Volume proprio

Forma del recipiente

Particelle vicine ma libere

di muoversi tra loro mantenendo determinate distanze.

Solido

Volume

proprio

Forma

propria

Particelle

vicine e con posizione fissa, unico movimento la vibrazione.

Aeriforme

(gas e vapori)

Volume

del contenitore (occupano tutto lo spazio disponibile)

Forma

del contenitore

Particelle

libere di movimento

I passaggi di stato

La variazione di temperatura provoca il passaggio da uno stato di aggregazione all’altro.

Pianerottolo o sosta termica