Temperatura
la temperatura di un corpo può essere definita come una misura dello stato di agitazione delle entità molecolari delle quali è costituito, essa è definita come la grandezza fisica che si misura con ill termometro
La sensazione di caldo e di freddo è soggettiva: per renderla misurabile si usa il termoscopio
termoscopio: recipiente di vetro con tappo forato e tubicino, contenente un liquido per esempio l'olio
ESPERIMENTO
ESPERIMENTO per verificare il fatto che la nostra sensazione non è precisa ma che c'è bisogno del termoscopio
Procedimento: riempiamo tre bacinelle, la prima con acqua molto calda, la seconda con acqua tiepida e la terza con acqua molto fredda. Immergiamo una mano nell'acqua calda e attendiamo circa un minuto in modo che le mani si abituino alle differenti temperature.
Conclusione. pur trattandosi della medesima acqua le sensazioni avvertite dalle due mani saranno molto differenti: una di caldo, quella che proviene dall'acqua fredda, e una di freddo, quella che proviene dall'acqua calda
Procedimento: immergiamo il termoscopio in una vaschetta, dopo un pò di tempo segniamo sul tubo il livello dell'olio. Poi immergiamo il termoscopio nella seconda vaschetta e aspettiamo fino a quando il livello dell'olio si stabilizza
Conclusione: se il livello dell'olio nella seconda vaschetta è più alto, allora la temperatura di questa è più alta rispetto a quella della prima vaschetta o viceversa
Per quantificare la differenza tra due temperature dobbiamo introdurre una scala graduata.
Temperature di riferimento: ghiaccio fondente e acqua bollente a pressione atmosferica
ESPERIMENTO
mettiamo il termoscopio in acqua e ghiaccio. Mentre il ghiaccio si scioglie, il livello dell'olio diminuisce fino a stabilizzarsi su un valore minimo. Poniamo il termoscopio tra i vapori dell'acqua che bolle. Il liquido sale nel tubo fino a un certo livello e poi non aumenta più.
LA SCALA CELSIUS utilizza questa convenzione:
-0°C (0 gradi Celsius)= temperatura del ghiaccio fondente
- 100° (100 gradi Celsius)= temperatura dell'acqua bollente
Il segmento di tubo del termoscopio delimitato da questi due livelli viene dividono in 100 parti.
il termoscopio così tarato è detto termometro
dilatazione termica
Il Kelvin (K) è l'unità di misura del Sistema Internazionale per la temperatura:
nella cosiddetta scala assoluta : la variazione di 1K è identica a quella di 1°C;
Le temperature di riferimento sono: 273 K per il ghiaccio fondente e 373K per l'acqua bollente
N.B: per i valori in Kelvin non si usa il simbolo "°", si scrive 373K e. on 373°K
l'equilibrio termico
Se poniamo a contatto due corpi di diversa temperatura, dopo un certo tempo si ritrovano alla stessa temperatura. E' facile rendersene conto miscelando acqua fredda e acqua calda: la massa d'acqua totale raggiunge, dopo un breve tempo, una temperatura di equilibrio intermedia tra le temperature delle due masse d'acqua separate
E' un fenomeno che dipende dalla temperatura. Tutti i corpi tendono a dilatarsi, aumentando le loro dimensioni, quando vengono riscaldati. per esempio, i termometri che usiamo per misurare la nostra temperatura corporea utilizzano un bulbo e una colonnina di galinstan. Il galinstan si dilata se posto in contatto con un corpo più caldo del termometro stesso e di conseguenza il livello della colonnina si alza.
Lineare:
superficiale e volumica:
è un fenomeno fisico che si realizza quando un corpo (liquido, gassoso o solido) aumenta di volume all'aumentare della temperatura. tale aumento è causato dalla variazione dell'oscillazione degli atomi attorno al punto di equilibrio, che normalmente viene identificato con la lunghezza di legame.
i corpi soldi si dilatano quando sono riscaldati e si contraggono se raffreddati
Per un corpo di spessore trascurabile e di superficie So la legge di dilatazione termica superficiale è
Per un corpo in cui tutte le dimensioni siano rilevanti la legge di dilatazione termica volumica è
Il comportamento anomalo dell'acqua
Per temperature da 0°C a 4°C l'acqua aumenta di volume raffreddandosi, anziché diminuire. Al di sopra di 4°C il volume aumenta regolarmente. Il ghiaccio infatti galleggia sull'acqua perché è meno denso (d=m/V). Il comportamento anomalo spiega perché d'inverno i laghi gelino solo in superficie
1. Quando la temperatura esterna scende, l'acqua in superficie inizia a raffreddarsi:
2: Il processo continua finchè tutta l'acqua non raggiunge i 4°C
il volume dello strato superficiale diminuisce e la sua densità aumenta: l'acqua sopra diventa più densa dell'acqua sotto. Per la legge di Archimede lo strato superficiale più denso scende verso il fondo. Al suo posto sale dal basso l'acqua più calda (meno densa)
Ora però, il volume dello strato superficiale, aumenta e la sua densità diminuisce: l'acqua sopra diventa meno densa di quella che si trova sotto. Per la legge di Archimede lo strato superficiale meno denso no può scendere e rimane in superficie, dove continua a raffreddarsi, fino a che diventa ghiaccio