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TEMPERATURA
La temperatura è una grandezza fisica fondamentale che deriva dalle nostre sensazioni di caldo e freddo e le rende oggettive
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TERMOMETRO
Lo strumento che misura la temperatura si chiama TERMOMETRO.Esistono vari tipi di termometro: a mercurio ad alcool a termocoppia a resistenza…
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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
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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
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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
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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
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SCALA TERMOMETRICA
Esistono diverse scale termometriche, ma quelle utilizzate oggi in fisica sono solo due SCALA CENTIGRADA (O CELSIUS) SCALA KELVIN, O SCALA ASSOLUTA
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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
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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
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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
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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
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TARATURA DEL TERMOMETRO: PUNTO 100
Abbiamo così DUE PUNTI FISSI, 0 e 100.
0°C
100°C
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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
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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
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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
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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
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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
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SCALA KELVIN
E’ la scala definita dallo scienziato britannico William Thompson, Lord Kelvin.
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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.
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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
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CONVERSIONE CELSIUS-KELVIN
Con questa convenzione per passare da gradi Celsius (t) a Kelvin (T) la formula è semplice:
273tT
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CONVERSIONE CELSIUS-KELVIN
Applicando questa formula troviamo che lo zero assoluto corrisponde a -273 gradi centigradi
CK 2730
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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
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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
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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.
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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
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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
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LEGGE DELLA DILATAZIONE LINEARE
La legge della dilatazione lineare, tenendo conto di tutti questi fattori, diventa.
tLL 0
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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
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DILATOMETRO
Per misurare la dilatazione di un corpo si usa uno strumento chiamato DILATOMETRO
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DILATOMETRO
Con dilatometri professionali è possibile non solo osservare la dilatazione, ma anche misurare il coefficiente di dilatazione
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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
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DILATOMETRO
Questo grafico, relativo al vetro, mostra che la legge, a un certo punto, cessa del tutto di essere valida
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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.
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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
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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
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LEGGE DELLA DILATAZIONE CUBICA
La legge della dilatazione volumetrica, o cubica, tenendo conto di tutti questi fattori, diventa.
tVV 0
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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.
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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.
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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