Le grandezze e la loro misura

LE GRANDEZZE E LA LORO MISURA

Abbiamo detto che la chimica è una scienza sperimentale; perciò lo studio dei fenomeni chimici richiede che vengano effettuate delle misure.

Qualsiasi proprietà della materia che può essere misurata viene chiamata grandezza.

La misura può essere:

diretta: per esprimerla sono necessari 2 elementi fondamentali:

strumento di misura

unità di misura campione

Si confronta la grandezza da misurare con un'altra della stessa specie scelta come unità di misura campione. Poi si conta quante volte il campione è contenuto nella grandezza che si vuole misurare (lunghezza = metro).

indiretta: si ricava il valore di una grandezza utilizzando relazioni particolari che la legano ad altre grandezze misurabili direttamente (misura del volume di un solido per spostamento d'acqua

Le grandezze si possono dividere in vari gruppi:

fondamentali: le loro unità di misura sono state scelte indipendentemente (tempo e temperatura)

derivate: le loro unità di misura sono derivate mediante opportune relazioni dalle unità delle grandezze fondamentali (forza, energia)

a)   estensive: dipendono dalle dimensioni del campione (volume, calore, massa)

b)   intensive: dipendono dalla natura e dalle condizioni in cui si trova il campione (temperatura, pressione)

Nel nostro Paese si usa il sistema metrico decimale. Nei paesi anglosassoni si usa la iarda (lunghezza) e la libbra (peso). Ciò ha creato molta confusione e quindi si è giunti a predisporre un sistema di unità di misura uguale per tutti i Paesi della C.E.E. Questo è il Sistema Internazionale (S.I.) e deriva dal sistema metrico decimale:

Accade esattamente quello che accade nel sistema metrico decimale:

LUNGHEZZA

è la distanza tra due punti.

la sua unità di misura nel S.I. è il metro (m)

è rappresentato dalla distanza percorsa dalla luce nel vuoto in 1/300-milionesimo circa di secondo.

oltre ai multipli e ai sottomultipli facilmente ricavabili è molto usato anche l'angstrom (Å) equivalente a 10 m

MASSA

TEMPERATURA

la sua unità di misura nel S.I. è il kelvin (K); sono comunque ammessi anche il grado Celsius (°C) e quello Fahrenheit (°F)

lo strumento usato è il termometro

le scale di temperatura più usate sono:

Per convertire i valori della temperatura da una scala all'altra si usano le seguenti relazioni:

K = °C + 273

°F = (1.8°C) + 32

°C = (°F - 32) : 1.8

TEMPO

Si misura in secondi (s), oppure in minuti e ore

Le grandezze derivate possono essere definite a partire dalle grandezze fondamentali

le loro unità di misura si ottengono moltiplicando o dividendo fra loro le unità di misura delle grandezze fondamentali

VOLUME

Porzione di spazio che occupa un corpo

Si misura in m  

si usano spesso i suoi sotto multipli, in particolare il dm 

in laboratorio si usano misure come il litro (L) e il millilitro (mL)

FORZA

prodotto tra la massa e l'accelerazione

si misura in Newton (n)

PRESSIONE

forza che viene applicata all'unità di superficie

si misura in Pascal (Pa)

spesso si misura anche in atmosfere (atm)

ENERGIA

Tutti i cambiamenti e le trasformazioni che si possono osservare in natura sono sempre accompagnate da trasformazioni di energia

attitudine di un sistema a compiere lavoro oppure a trasferire calore

si misura in Joule (J)

il calore è una fondamentale forma di energia. Si misura in calorie (cal)

quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di 1 g di acqua e precisamente da 14.5°C a 15.5°C alla pressione di 1 atm

corrisponde a 4.186 J

spesso si utilizza un suo multiplo, la chilocaloria (kcal) che vale 1000 calorie

CALORE E TEMPERATURA

Spesso il concetto di calore viene confuso con quello di temperatura: sono due grandezze fisiche differenti!

DENSITA'

rapporto tra la massa di un corpo e il suo volume

si misura in kg/m  ; ma spesso si usano i g/cm o g/mL

il peso specifico di un corpo è dato dal rapporto tra peso e volume del corpo in questione

La misura di alcune grandezze viene determinata mediante strumenti tarati. E' importante che lo strumento scelto sia adeguato al tipo di misurazione che deve essere effettuata.

CARATTERISTICHE di uno strumento:

sensibilità = valore minimo della grandezza che uno strumento è in grado di apprezzare

portata = massimo valore della grandezza che lo strumento può misurare

Ogni strumento di misurazione porta con sé un grado di incertezza che può essere dovuto:

ai limiti dello strumento (errore strumentale)

al modo in cui l'operatore esegue la misura (errore soggettivo)

Il grado di incertezza è determinato da:

accuratezza = indica quanto il valore della grandezza misurata con lo strumento si avvicina al valore reale della grandezza stessa

precisione = uno strumento è tanto più preciso quanto più grande è la riproducibilità dei dati ottenuti. Per ridurre al minimo gli errori basta ripetere la misurazione per più volte e poi fare la media dei valori ottenuti. Le cifre significative sono le prime tre che compongono il numero.

In chimica si utilizzano numeri molto grandi e molto piccoli. Per semplificare la loro rappresentazione di utilizza la notazione scientifica (si sposta il punto decimale dopo la prima cifra diversa da 0). Il numero ottenuto viene moltiplicato per 10 elevato alla potenza (esponente) equivalente al numero di posto di cui è stato spostato il punto decimale.