I termometri e la dilatazione termica

Stessa massa e materiale e stesso calore             Stesso volume, stessa quantità di acqua

Se si mettono a contatto i due corpi la senza =        Se si uniscono i due vasi con un piccolo tu =

zione di calore rimane invariata                               bo, non accade niente

Stesso materiale, stesso calore, massa diversa      Stessa quantità di acqua, volume diverso

Se si mettono a contatto i 2 corpi di diversa                        Se si uniscono i 2 vasi con un piccolo tubo,

temperatura essi tendono a raggiungere la stes = per il principio dei vasi comunicanti, l'acqua

sa temperatura.                        tende a raggiungere lo stesso livello

Stessa massa, stesso materiale, calore diverso        Stesso volume, quantità di acqua diversa

Vale lo stesso principio dell'esempio sopra            Vale lo stesso principio dell'esempio sopra

ANALOGIA:

La forma dei corpi = forma dei vasi

Il calore = quantità di acqua

La sensazione termica (temperatura) = altezza del liquido

Equilibrio termico = equilibrio meccanico

L'energia termica (il calore) è meno nobile rispetto alle altre, perché è quasi spontaneo trasformare l'energia meccanica in energia termica, ma è impossibile il contrario (se non c'è l'intervento dell'uomo

E' la parte della fisica che si occupa della temperatura

La temperatura è la misura della concentrazione di calore in un corpo; è legata alle caratteristiche chimiche e fisiche del corpo.

Ogni volta che un oggetto viene riscaldato o raffreddato avviene la dilatazione termica. Su questo principio si basa il termoscopio, uno strumento che indica le variazioni di temperatura, ma non la quantità di temperatura.

Esistono due tipi di scale: la scala Celsius (°C) e quella Fahrenheit, basate su due punti fondamentali, la temperatura di fusione del ghiaccio e quella dei vapori dell'acqua bollente. E' possibile suddividere l'intervallo di tempo compreso tra due punti fissi in parti uguali perché questa è una legge di tipo lineare

LA SCALA CELSIUS

Alla temperatura di fusione del ghiaccio corrisponde lo O; a quella dei vapori dell'acqua bollente il 100. Tra le due temperature sono compresi 100°C.

LA SCALA FAHRENHEIT

Alla temperatura di fusione del ghiaccio corrisponde il 32; a quella dei vapori dell'acqua bollente il 212. Tra le due temperature sono compresi 180°Fahrenheit.

212°F 100°C

32°F 0°C

Mettiamo ora questi valori sul piano cartesiano

100°C

0°C

A H T

A (32,0) = ghiaccio fondente

B (212, 100) = vapore

C (t°F, t°C)

AH : CH = AT : BT

(t°F - 32) : t°C = (212 - 32) : 100

t°F - 32 9

=

t°C 5

5 (t°F - 32) 9 t°C

=

5 t°C 5 t°C

5 (t°F - 32) 9 t°C

=

9 9

a cui corrisponde la formula inversa:

5

t°C = ----- (t°F - 32)

9

5 160

t°C = ----- t°F - ------

9 9

9 t°C 5 t°F - 160

--------- = ----- ----- ------

9 9

9 t°C = 5 t°F - 160

9 t°C + 160 5 t°F

----- ----- ----- = ---------

5 5

Esistono 3 tipi di dilatazione:

lineare (deve avvenire solo in una direzione)

di superficie (avviene in 2 direzioni)

volumetrica (avviene in 3 direzioni)

Precisamente ogni 100°C si allunga di 1mm. .

Quando la temperatura passa da 0°C a X°C, la lunghezza del corpo passa dal valore l a L, tale che:

l (lamba) = coefficiente di dilatazione lineare del corpo (costante che varia a seconda del materiale di cui è costituito l'oggetto)

L = lunghezza raggiunta alla fine

l = lunghezza iniziale a temperatura 0°C

t = temperatura

Se disegnamo il grafico di questa legge otteniamo una retta

lunghezza

D L2

D L1

l

Dt1                  Dt2

temperatura

L'allungamento è direttamente proporzionale all'aumento della temperatura

COME SI MISURA LA DILATAZIONE LINEARE?

Se so che L = l + llt, mi basta spostare le varie lettere, in modo tale che risultino così:

L - l llt

l t l t

sapendo che L e l si misurano in metri e t in gradi C:

m - m m l t

m °C m °C

semplificando mi risulta che:

V = L = (l + l l t) = l + l l t + 3 l l t + 3 l l t² = l + 3 l l t = l (1 + 3 l t) =

non si considerano perché troppo piccoli

L'acqua si comporta in modo diverso dagli altri liquidi.

Quando la sua temperatura aumenta da 0°C a 4°C il volume diminuisce. Oltre i 4°C riprende normalmente a dilatarsi.

Questo spiega perché d'inverno i laghi gelano soltanto in superficie, mentre la temperatura sul fondo resta superiore allo 0. Fasi:

All'inizio gli strati superiori dell'acqua si trovano ad una temperatura superiore ai 4°C

Essi cominciano a raffreddarsi T il volume diminuisce

la loro densità aumenta

scendono verso il fondo

Intanto vengono sostituiti da altri strati che prima si trovavano sul fondo

Si stabiliscono delle correnti verso l'alto e verso il basso fino a che tutta la massa raggiunge i 4°C

Intanto la temperatura in superficie diminuisce sempre più

il suo volume aumenta

la densità diminuisce

lo strato superficiale diventa più leggero dell'acqua che gli sta sotto e quindi galleggia