TEMPERATURA

La temperatura è una grandezza fisica fondamentale che deriva dalle nostre sensazioni di caldo e freddo e le rende oggettive

TERMOMETRO

Lo strumento che misura la temperatura si chiama TERMOMETRO.Esistono vari tipi di termometro: a mercurio ad alcool a termocoppia a resistenza…

TERMOMETRO

I termometri più precisi sono detti TERMOMETRI A GAS RAREFATTO e si usano per misure particolari, come quelle dei punti di fusione o ebollizione delle sostanze

TERMOMETRO A MERCURIO

Il termometro a mercurio è costituito da un piccolo serbatoio contenente mercurio e da un sottile tubo in cui il mercurio è libero di espandersi.

La temperatura è indicata dal livello raggiunto dal mercurio nel tubo

TERMOMETRO A MASSIMA

E’ quello che si usa per misurare la febbre. Nel tubo è presente una strozzatura che impedisce al mercurio di scendere quando si raffredda: in questo modo il livello rimane bloccato sulla temperatura minima raggiunta

SCALA TERMOMETRICA

L’insieme di tutti i valori misurabili di temperatura prende il nome di scala termometrica

Temperatura reale e percepita in funzione dell’umidità

SCALA TERMOMETRICA

Esistono diverse scale termometriche, ma quelle utilizzate oggi in fisica sono solo due SCALA CENTIGRADA (O CELSIUS) SCALA KELVIN, O SCALA ASSOLUTA

SCALA CELSIUS

Celsius è un fisico svedese che stabilì una scala di temperature basata su due punti di riferimento: la temperatura di fusione del ghiaccio la temperatura di ebollizione dell’acqua

Entrambe alla pressione atmosferica a livello del mare

TARATURA DEL TERMOMETRO: PUNTO 0

Supponiamo che il termometro sia da tarare, ovvero sia privo di scala, e poniamo il bulbo col mercurio in una miscela di ghiaccio e acqua distillata

TARATURA DEL TERMOMETRO: PUNTO 0

Quando la colonna di mercurio ha smesso di scendere segniamo nel punto in cui arriva il PUNTO 0, ovvero gli zero gradi centigradi

0°C

TARATURA DEL TERMOMETRO: PUNTO 100

Poniamo il bulbo del termometro in un recipiete contenente acqua in ebollizione: quando la colonna di mercurio ha smesso di salire segniamo il PUNTO 100, ovvero 100 gradi centigradi

TARATURA DEL TERMOMETRO: PUNTO 100

Abbiamo così DUE PUNTI FISSI, 0 e 100.

0°C

100°C

ESTENSIONE DELLA SCALA

A questo punto è possibile estendere la scala al di sopra dei cento e al di sotto dello zero, semplicemente riportando tacche della stessa ampiezza.

0°C

100°C

25

50

75

PUNTO TRIPLO

Per comodità oggi non si usa più il punto di fusione del ghiaccio per indicare lo zero, ma il PUNTO TRIPLO.

La differenza è però minima, circa un decimo di grado

PUNTO TRIPLO

Il punto triplo è il punto in cui coesistono i tre stati della materia: liquido, solido e aeriforme.

Per ogni sostanza esiste un unico valore di temperatura e un unico valore di pressione in cui ciò può avvenire. Per l’acqua la pressione è 610 Pa

GHICCIO

ACQUA

VAPORE

CELLA A PUNTO TRIPLO

Per riprodurlo si pone in una specie di provetta acqua e ghiaccio, poi si fa il vuoto e si sigilla: un po’ di acqua evapora riempiendo il vuoto e producendo la coesistenza dei tre stati.

La cella a punto triplo è usata per tarare termometri di precisione

GHICCIO

ACQUA

VAPORE

ARIA

ZERO CENTIGRADO

Il fatto che esistano temperature sotto zero dimostra che lo zero della scala Celsius è privo di significato fisico: è solo una convenzione aver posto il punto triplo dell’acqua uguale a zero.

Serbatoio per l’azoto liquido

SCALA KELVIN

E’ la scala definita dallo scienziato britannico William Thompson, Lord Kelvin.

ZERO ASSOLUTO

Al contrario dello zero Celsius, lo zero della scala Kelvin NON è arbitrario: è davvero la temperatura più bassa possibile.

Per questo prende anche il nome di ZERO ASSOLUTO.

SCALA ASSOLUTA

Poiché lo zero è già fissato, la scala Kelvin è basata su un solo punto fisso arbitrario, che è il punto triplo dell’acqua.

A questo punto si assegna la tempertura di 273 gradi Kelvin

CONVERSIONE CELSIUS-KELVIN

Con questa convenzione per passare da gradi Celsius (t) a Kelvin (T) la formula è semplice:

273tT

CONVERSIONE CELSIUS-KELVIN

Applicando questa formula troviamo che lo zero assoluto corrisponde a -273 gradi centigradi

CK 2730

DILATAZIONE LINEARE

La definizione della scala centigrada è basata sull’ipotesi che un corpo riscaldato (mercurio, alcool ecc.) si dilati uniformemente all’aumentare della temperatura. Infatti le tacche su un termometro sono poste a distanza uniforme

DILATAZIONE LINEARE

Questa ipotesi è vera con buona approssimazione, se gli sbalzi di temperatura non sono troppo ampli, e se il corpo non è troppo vicino al punto di fusione o di ebollizione

DILATAZIONE LINEARE

Per DILATAZIONE LINEARE si intende la dilatazione, dovuta al riscaldamento, di un corpo molto lungo e sottile, come ad esempio un filo di ferro o una sbarra.

DILATAZIONE LINEARE

L’aumento di lunghezza ΔL di una sbarra è proporzionale a due fattori:

la sua lunghezza iniziale, Lo

la variazione di temperatura, Δt

Lo

L

ΔL

COEFFICIENTE DI DILATAZIONE LINEARE

Poiché non tutti i corpi si dilatano allo stesso modo, esiste anche un fattore dipendente dal materiale, detto COEFFICIENTE DI DILATAZIONE LINEARE e indicato con la lettera λ

LEGGE DELLA DILATAZIONE LINEARE

La legge della dilatazione lineare, tenendo conto di tutti questi fattori, diventa.

tLL 0

IL SIMBOLO Δ

E’ bene ricordare che il simbolo Δ rappresenta sempre una variazione, quindi si calcola come differenza tra due valori. In questo caso: ΔL è la differenza tra lunghezza iniziale e lunghezza finale Δt è la differenza tra temperatura iniziale e temperatura finale

0LLL 0ttt

DILATOMETRO

Per misurare la dilatazione di un corpo si usa uno strumento chiamato DILATOMETRO

DILATOMETRO

Con dilatometri professionali è possibile non solo osservare la dilatazione, ma anche misurare il coefficiente di dilatazione

DILATOMETRO

La legge della dilatazione è solo un’approssimazione della realtà: il grafico, relativo a un campione di ossido di alluminio, non è perfettamente rettilineo

DILATOMETRO

Questo grafico, relativo al vetro, mostra che la legge, a un certo punto, cessa del tutto di essere valida

DILATAZIONE VOLUMETRICA

Per DILATAZIONE VOLUMETRICA si intende la dilatazione, dovuta al riscaldamento, di un corpo che non ha una dimensione preponderante sulle altre, come un cubo, una sfera, un cilindro.

DILATAZIONE VOLUMETRICAL’aumento di volume ΔV di un corpo è proporzionale a due fattori:

il suo volume iniziale, Vo

la variazione di temperatura, Δt

Vo

V

ΔV

COEFFICIENTE DI DILATAZIONE CUBICA

Poiché non tutti i corpi si dilatano allo stesso modo, esiste anche un fattore dipendente dal materiale, detto COEFFICIENTE DI DILATAZIONE CUBICA e indicato con la letteraα

LEGGE DELLA DILATAZIONE CUBICA

La legge della dilatazione volumetrica, o cubica, tenendo conto di tutti questi fattori, diventa.

tVV 0

ANOMALIA DELL’ACQUA

Tra gli 0 e i 4 gradi centigradi l’acqua ha un comportamento anomalo: infatti, se viene riscaldata anziché espandersi si contrae.

ANOMALIA DELL’ACQUA

Questo fa sì che, vicino al punto di congelamento, l’acqua più calda è anche più densa, contrariamente al normale, e quindi, in base alla legge di Archimede, affonda spingendo in alto l’acqua più fredda.

ANOMALIA DELL’ACQUA

Il risultato di questa inversione del ciclo convettivo è che i grandi specchi d’acqua ghiacciano solo in superficie, perché sul fondo l’acqua è più calda