Calore e temperatura by Rosario Prencipe

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FISICA E CHIMICA PREREQUISITI Conoscere le proprietà e le caratteristiche della materia Conoscere gli stati di aggregazione della materia

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO Ciò che saprai Il significato di calore e di temperatura e i loro sistemi di misurazione I cambiamenti di stato e le loro caratteristiche Ciò che saprai fare Riconoscere la diversità fra i concetti di calore e di temperatura Individuarne i metodi di misura Individuare i cambiamenti di stato comprendendone cause e modalità

Calore e temperatura Percorso di studio Che bello d’inverno appoggiarsi a un termosifone che emana tanto calore. Ma che cos’è questo “calore”?

Nella mia stanzetta c’è una temperatura di 21 gradi. Perché dico “temperatura” e non “calore”? Ho messo del ghiaccio nel bicchiere, ma dopo un po’ si è sciolto. Ho trovato acqua, perché?

Questa mattina sulle foglie d’erba del giardino ho trovato la brina. Come si è formata?

Che cos’è il calore?

Che cos’è la temperatura?

I cambiamenti di stato

Misuriamo il calore

Solidificazione e fusione

Vaporizzazione e condensazione

Altre scale termometriche Il calore latente Vari tipi di termometro Dalla sabbia... il vetro I pericoli del caldo e del freddo

Sublimazione e brinamento

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FISICA E CHIMICA

Che cos’è il calore? Attraverso i nostri sensi siamo in grado di percepire le caratteristiche dei corpi che ci circondano toccandoli, osservandoli, gustandoli ecc. In particolare, attraverso il tatto, avvertiamo la sensazione di caldo e di freddo e possiamo distinguere un corpo più caldo da uno meno caldo o un corpo più freddo da uno meno freddo. Camminando a piedi nudi sul pavimento, ad esempio, avvertiremo il freddo delle piastrelle, mentre al mare avvertiremo il caldo della sabbia. Ma che cosa sono questo “caldo” e questo “freddo”? O meglio, che cos’è il “calore”? Per rispondere a questa domanda osserviamo alcuni fenomeni.

Il calore del termosifone acceso fa girare una girandola compiendo quindi del lavoro.

È ancora il calore del termosifone che fa scoppiare il palloncino compiendo quindi del lavoro.

Il calore del fornello acceso solleva il coperchio e fa uscire l’acqua compiendo ancora del lavoro.

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Calore e temperatura

In fisica la capacità di compiere un lavoro, come vedrai meglio proseguendo il tuo studio, si chiama energia.

È l’energia muscolare quella che ti permette di sollevare un peso.

È l’energia idrica quella che fa girare le pale del mulino.

È l’energia elettrica quella che mette in moto il frullatore.

Per quanto riguarda il calore, possiamo quindi dire che: Il calore è una particolare forma di energia, detta energia termica.

Riscaldare una sostanza significa quindi fornirle una certa quantità di energia termica o calore che fa aumentare l’agitazione termica delle sue molecole. Raffreddare una sostanza significa, al contrario, sottrarle una certa quantità di energia termica che fa diminuire l’agitazione termica delle sue molecole. LIBRO DIGITALE

aumenta la tempera tura

schema animato

In una sostanza che si raffredda diminuisce l’energia termica delle sue molecole.

In una sostanza che si riscalda aumenta l’energia termica delle sue molecole.

diminuisce la tempe ratura

FISICA E CHIMICA

Che cos’è la temperatura? Secondo te, quando, abbracciando il tuo bel cucciolotto, dici che è “caldo”, stai valutando il suo calore, cioè il movimento più o meno veloce delle sue molecole? Molto probabilmente sai già che ciò che possiamo valutare toccando un oggetto è la sua temperatura, ovvero il livello termico (grado di caldo o di freddo) che ha o che acquista se viene riscaldato o raffreddato. La temperatura è il livello termico che un corpo ha o raggiunge fornendogli o sottraendogli calore.

Calore e temperatura sono quindi due grandezze diverse. Proviamolo con un esperimento.

Calore e temperatura sono due grandezze diverse Metti sul fornello due pentolini, con un litro di acqua in uno e mezzo litro nell’altro. Accendi i fornelli con la stessa intensità di fiamma, in modo da fornire la stessa quantità di calore e dopo 3 minuti immergi un dito nei due pentolini. Che cosa noti? L’acqua è ugualmente calda in entrambi o è più calda quella del secondo pentolino? È più calda quella del secondo pentolino; puoi dedurre che una stessa quantità di calore non ha prodotto la stessa temperatura.

100 °C

Prendi adesso i due pentolini, ponili sui due fornelli sempre accesi con la stessa intensità di fiamma e annota il tempo che impiega l’acqua a raggiungere i 100 °C. Che cosa osservi? L’acqua impiega lo stesso tempo in entrambi o impiega più tempo nel primo? Impiega più tempo nel primo; puoi dedurre che per raggiungere una stessa temperatura (100 °C) occorrono quantità diverse di calore.

Calore e temperatura

Per misurare la temperatura, come certamente sai, si usa il termometro, uno strumento basato sulla proprietà che hanno tutte le sostanze, tranne l’acqua, come vedremo meglio più avanti, di aumentare di volume quando vengono riscaldate.

Il termometro è costituito da un sottilissimo tubo di vetro, detto capillare, chiuso alle due estremità. L’estremità inferiore, detta bulbo, è più larga e contiene una sostanza, generalmente mercurio o alcol.

tubo di vetro vuoto

capillare Il capillare è racchiuso in un tubo di vetro vuoto, cioè privo d’aria, da cui fuoriesce solo il bulbo.

Quando il bulbo viene a contatto con un corpo caldo, la sostanza in esso contenuta si riscalda, aumenta di volume e sale lungo il capillare. A fianco del capillare una scala graduata, detta scala termometrica, ci permette di leggere il valore della temperatura.

scala termometrica

bulbo contenente mercurio o alcol

Importante per la misurazione della temperatura è la scala termometrica: nei nostri termometri tale scala è la scala centigrada o Celsius, dal nome del fisico svedese Anders Celsius che la ideò. Per costruire una qualsiasi scala termometrica bisogna scegliere due valori di riferimento; nella scala centigrada tali valori sono lo zero gradi centigradi (0 °C), la temperatura alla quale il ghiaccio scioglie, e il cento gradi centigradi (100 °C), la temperatura alla quale l’acqua bolle.

0 °C

100

100 °C

L’intervallo 0 °C – 100 °C viene diviso in 100 parti e ciascuna di esse rappresenta l’unità di misura della temperatura nella scala centigrada, il grado centigrado o Celsius (°C).

Qualcosa di più

Altre scale termometriche O ltre alla scala Celsius, esistono altre scale termometriche: la scala Réaumur, nata in Francia ma ormai in disuso, la scala Fahrenheit, ancora in uso nei Paesi anglosassoni, e la scala Kelvin, quel-

la riconosciuta dal Sistema Internazionale (S.I.) e usata dai ricercatori in campo scientifico. Esaminiamo la Fahrenheit e la Kelvin. 32 °F: fusione del ghiaccio

La scala Fahrenheit

Nella scala Fahrenheit, dal nome dello scienziato tedesco Gabriel Fahrenheit che la ideò, i valori di riferimento sono: • il punto 32 °F, la temperatura alla quale il ghiaccio fonde; • il punto 212 °F, la temperatura alla quale l’acqua bolle. L’intervallo 212 – 32 = 180, suddiviso in 180 parti, ci dà l’unità di misura della scala Fahrenheit, il grado Fahrenheit, °F.

Celsius 100 °C

Fahrenheit 212 °F

Kelvin La scala Kelvin 373,15 K

90 °C 80 °C 70 °C 60 °C 50 °C 36 °C

40 °C

96,8 °F

309,15 K

32 °F

273,15 K

30 °C 20 °C 10 °C 0 °C

212 °F: ebollizione dell’acqua

La scala Kelvin, dal nome del fisico inglese lord William Thomson Kelvin che la ideò, è detta scala assoluta delle temperature. In essa il valore di riferimento è lo zero assoluto, –273,15 °C, la temperatura più bassa possibile (273 °C sotto lo zero), sotto la quale non si può scendere. Il grado Kelvin (K) è equivalente al grado Celsius ed è l’unità di misura della temperatura nel Sistema Internazionale (S.I.), quindi nella scala Kelvin il ghiaccio scioglie a +273,15 K e l’acqua bolle a +373,15 K. Per passare dalla scala Fahrenheit o dalla scala Kelvin alla scala Celsius e viceversa valgono le seguenti formule:

Quindi, ad esempio: 36 °C = {[(36 °C x 180) : 100] + 32} °F = = {[6480 : 100] + 32} °F = = {64,8 + 32} °F = 96,8 °F 36 °C = (36 °C + 273,15) K = 309,15 K

°F °C K °C

= [(°C x 180) : 100] + 32 = [(°F – 32) x 100] : 180 = °C + 273,15 = K – 273,15

Calore e temperatura

Misuriamo il calore Il calore che un corpo possiede si evidenzia quando, passando a un altro corpo, ne determina una variazione di temperatura. La sua unità di misura, la caloria, e il suo multiplo, la chilocaloria, vengono infatti definite indirettamente come il calore di scambio fra due sostanze o come il calore necessario per aumentare la temperatura. Esattamente: • La caloria (cal) è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C, esattamente da 14,5 °C a 15,5 °C, la temperatura di 1 g (1 cm3) di acqua distillata. • La chilocaloria (kcal) è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C, esattamente da 14,5 °C a 15,5 °C, la temperatura di 1 kg (1 dm3) di acqua distillata; 1 kcal = 1000 cal. La caloria e la chilocaloria, secondo l’ultima disposizione internazionale nell’ambito del Sistema Internazionale di Misura (S.I.), sono state sostituite con l’unità di misura dell’energia. L’unità di misura del calore, in quanto forma di energia, è il joule (J), che equivale a 0,239 cal.

1 g dÕacqua

1 J = 0,239 cal 1 cal = 4,18 J 1 kcal = 4180 J

1 caloria

SE HAI IMPARATO… Completa le seguenti affermazioni.

L’unità di misura del calore è la

Il calore è una particolare

che è la quantità

detta La temperatura è

L’unità di misura della temperatura, nella scala Celsius, è il

, il cui simbolo è

Nel Sistema Internazionale l’unità di misura del calore è il , che equivale a

ed equivale alla parte dell’intervallo

calorie.

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FISICA E CHIMICA

I cambiamenti di stato Ogni sostanza in natura e in condizioni normali si presenta in uno dei tre stati di aggregazione che abbiamo esaminato. Per effetto del calore però, se cioè viene riscaldata o raffreddata, una sostanza può passare da uno stato all’altro, può cioè subire un cambiamento di stato e passare, ad esempio, dallo stato liquido a quello aeriforme o da quello liquido a quello solido ecc. Complessivamente può succedere che:

UNA SOSTANZA PER EFFETTO DEL CALORE PUÒ PASSARE dallo stato solido a quello aeriforme e viceversa

dallo stato liquido a quello aeriforme e viceversa

dallostato statoliquido liquido dallo a quello solido a quello solido viceversa e eviceversa

Avrai sicuramente notato che: l’acqua messa nel freezer diventa ghiaccio; un cubetto di ghiaccio fuori dal freezer si scioglie e ridiventa acqua; l’acqua della pentola posta su un fornello acceso lentamente “sparisce” trasformandosi in vapore acqueo; il vapore acqueo che incontra il coperchio della pentola si trasforma in goccioline d’acqua; le palline di naftalina, quelle che la mamma mette nei cassetti contro le tarme, col tempo si rimpiccioliscono sempre più fino a scomparire trasformandosi in gas; il vapore acqueo presente nell’aria in una fredda giornata d’inverno diventa brina. Sono i sei cambiamenti di stato che possono verificarsi nella materia: il passaggio dallo stato liquido a quello solido il passaggio dallo stato solido a quello liquido il passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme il passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido il passaggio dallo stato solido a quello aeriforme il passaggio dallo stato aeriforme a quello solido

SOLIDIFICAZIONE FUSIONE VAPORIZZAZIONE CONDENSAZIONE SUBLIMAZIONE BRINAMENTO

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Calore e temperatura

Solidificazione e fusione Versa dell’acqua nella vaschetta del ghiaccio e mettila in freezer. Che cosa succede? E ancora, hai osservato che cosa accade in un piccolo laghetto in pieno inverno?

Il progressivo raffreddamento annulla quasi completamente l’agitazione termica delle molecole dell’acqua e rende elevatissime le forze di coesione, permettendo all’acqua di passare dallo stato liquido allo stato solido. Il passaggio dallo stato liquido allo stato solido si chiama solidificazione.

Accendi una candela. Che cosa osservi? E ancora, che cosa accade al pezzetto di burro che la mamma ha messo in padella sul fuoco? Il progressivo riscaldamento fa aumentare l’agitazione termica e indebolisce le forze di coesione delle molecole, permettendo al burro o alla cera di passare dallo stato solido allo stato liquido. Il passaggio dallo stato solido allo stato liquido si chiama fusione.

Calore e temperatura

FISICA E CHIMICA

Vaporizzazione e condensazione I panni bagnati che la mamma ha steso al sole dopo un po’ sono asciutti. Dove è finita l’acqua? E da dove proviene il vapore acqueo che in maniera tumultuosa esce dalla pentola che bolle?

Da dove provengono quelle goccioline d’acqua nel coperchio di una pentola che bolle? Perché il vetro su cui hai soffiato si ricopre di goccioline d’acqua appannandosi?

Il calore del sole causa un lento aumento dell’agitazione termica delle molecole d’acqua che si trovano in superficie e fa sì che esse si liberino nell’aria sotto forma di vapore. Nell’acqua che bolle il riscaldamento interessa in modo tumultuoso tutte le molecole che, spostandosi in superficie, si liberano sempre sotto forma di vapore nell’aria. Nell’uno e nell’altro caso l’acqua passa dallo stato liquido allo stato aeriforme.

Il contatto del vapore acqueo con una superficie più fredda rallenta l’agitazione termica delle molecole e ne aumenta la forza di coesione. Ciò fa sì che queste molecole si riuniscano legandosi tra loro a formare le gocce d’acqua, ovvero a passare dallo stato aeriforme allo stato liquido.

Il passaggio dallo stato liquido allo stato aeriforme si chiama vaporizzazione. • Quando essa avviene in modo lento si parla di evaporazione. • Quando avviene in modo tumultuoso si parla di ebollizione.

Il passaggio dallo stato aeriforme allo stato liquido si chiama condensazione.

Più superficie, più evaporazione prima

dopo

Prendi due bicchieri con base diversa, riempili di acqua fino a raggiungere lo stesso livello e ponili su un termosifone acceso per favorire l’evaporazione.

Più calore, più evaporazione prima

Prendi due bicchieri uguali e versa in essi una stessa quantità di acqua. Poni un bicchiere sopra un termosifone ben caldo e l’altro su un tavolo.

Che cosa osservi dopo un po’? Dove è evaporata più acqua? Nel bicchiere a base più larga o in quello a base più stretta?

Che cosa osservi dopo un po’? Dove è evaporata più acqua? Nel bicchiere posto sul termosifone o in quello sul tavolo?

Ne è evaporata di più nel bicchiere a base più larga; puoi dedurre che l’evaporazione avviene tanto più rapidamente quanto maggiore è la superficie di contatto acqua-aria. Ciò accade perché aumenta il numero di molecole che possono liberarsi in aria.

È evaporata più acqua nel bicchiere posto sul termosifone; puoi dedurre che l’evaporazione avviene tanto più rapidamente quanto maggiore è il calore che viene somministrato.

dopo

LIBRO DIGITALE esperimento animato

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FISICA E CHIMICA

Sublimazione e brinamento Le palline di naftalina messe in un cassetto diventano sempre più piccole fino a sparire. Che cosa succede? Lentamente la naftalina passa dallo stato solido direttamente allo stato aeriforme; l’odore pungente che senti avvicinandoti ti prova che nell’aria c’è il “vapore” che si sprigiona. Il passaggio dallo stato solido direttamente allo stato aeriforme si chiama sublimazione.

Come si è formata la brina che osservi in una fredda mattina d’inverno sui petali di un fiore? È il vapore acqueo presente nell’aria che, a causa del freddo della notte, si trasforma in brina passando dallo stato aeriforme direttamente allo stato solido. Il passaggio dallo stato aeriforme direttamente allo stato solido si chiama ancora sublimazione o brinamento.

Complessivamente, per riscaldamento e raffreddamento, abbiamo:

riscaldamento

s u b l i m a zi o n e

fusione

solido

lidif

icazione

liquido b r in a m en to

raffreddamento

con

aporazion

densazione

aeriforme

Qualcosa di più

Il calore latente F ornendo o sottraendo calore a una sostanza, questa quindi cambia di stato. Ad esempio: • l’acqua contenuta in una pentola posta sul fuoco a 100 °C bolle e, se continuiamo a fornire calore tenendola sul fuoco, tumultuosamente si trasforma in vapore; • dei pezzetti di ghiaccio a 0 °C iniziano a fondere e, continuando a fornire calore, si scioglieranno tutti trasformandosi in liquido.

Ma da quando inizia a bollire e per tutto il tempo che noi continuiamo a fornire calore, la temperatura dell’acqua che evapora si mantiene a 100 °C o aumenta? E da quando inizia a fondere e per tutto il tempo che continuiamo a fornire calore, la temperatura del ghiaccio che fonde si mantiene a 0 °C o aumenta? Una risposta affrettata ci porterebbe a dire che, in entrambi i casi, se continuiamo a fornire calore la temperatura aumenta. E invece... Osserva.

LIBRO DIGITALE schema animato

L’acqua inizia a bollire a 100 °C e, anche se continuiamo a riscaldarla, finché l’ultima goccia non sarà evaporata, la sua temperatura si manterrà fissa a 100 °C.

Il ghiaccio inizia a fondere a 0 °C e, anche se continuiamo a riscaldarlo, finché l’ultimo pezzettino non si sarà sciolto, la sua temperatura si manterrà fissa a 0 °C.

Il calore che abbiamo fornito per tutto il tempo di evaporazione dell’acqua o di fusione del ghiaccio non fa aumentare la temperatura perché viene utilizzato per permettere il cambiamento di stato della sostanza. Questo calore viene detto calore latente, proprio perché non accompagnato da variazione di temperatura, ed è esattamente il calore necessario ad ogni sostanza per fare avvenire un suo cambiamento di stato.

Si parla di: • calore latente di fusione se serve al passaggio solido-liquido

fusione

• calore latente di vaporizzazione se serve al passaggio liquido-aeriforme

vaporizzazione

• calore latente di ebollizione se serve al passaggio liquido-aeriforme

ebollizione

• e così via.

Calore e temperatura Notizie e curiosità

Vari tipi di termometro S pesso per valutare la temperatura di un corpo ci affidiamo ai nostri sensi; però la sensazione di caldo o di freddo a volte è falsata, come puoi provare tu stesso.

LIBRO DIGITALE osservazione animata

Immergi una mano in una bacinella piena d’acqua calda e l’altra in una bacinella piena d’acqua fredda; poi immergile nello stesso istante in una bacinella piena d’acqua tiepida. Che sensazione hai? La mano che prima avevi immerso nella bacinella piena d’acqua calda ti dà una sensazione di acqua fredda, quella che prima avevi immerso nella bacinella piena d’acqua fredda ti dà una sensazione di acqua calda.

Il termometro clinico, quello che serve per misurare la temperatura corporea, ovvero la febbre, è un termometro a massima. In esso il tubicino di vetro presenta una strozzatura e quando il mercurio sale nel capillare tale strozzatura ne impedisce la discesa; così il livello resta quello raggiunto alla massima temperatura. Per riutilizzarlo bisogna scuoterlo per far scendere il mercurio sotto la strozzatura.

Termometro da laboratorio.

Termometro clinico.

Per misurare la temperatura corporea oggi il termometro più comunemente usato è il termometro digitale, un’alternativa rapida e comoda rispetto al tradizionale termometro clinico. Per misurare la temperatura che ha o che ha raggiunto un corpo è quindi indispensabile il termometro. Come sicuramente sai, esistono vari tipi di termometri. Perché? Una prima differenza è dovuta al liquido usato, che comunemente è il mercurio o l’alcol. Il termometro a mercurio serve per misurare temperature che scendono di poco sotto lo zero, perché il mercurio solidifica a –38 °C e bolle a 357 °C. Il termometro ad alcol serve per misurare temperature molto basse perché l’alcol solidifica a –100 °C e bolle a 78 °C. Entrambi però sono inutilizzabili per le altissime temperature. In questo caso si usano termometri con particolari liquidi ad alto punto di fusione o addirittura con solidi.

100 90

Termometro digitale.

80 70 60 °C min

alcol

max °C

-30

-20

-10

scala termometrica

Un’altra differenza è nella forma. Il termometro che usiamo per misurare la temperatura delle nostre case o quello che si usa nei laboratori, ad esempio, è un termometro libero. In esso il mercurio può salire e scendere liberamente proprio per indicarci ogni variazione di temperatura.

Termometro da casa.

capillare

indici

_10

-10

_20

-20

-30

bulbo contenente mercurio o alcol

mercurio

Per conoscere la temperatura massima e minima di un certo arco di tempo si utilizza un altro tipo di termometro, il termometro a massima e a minima. Tale termometro è formato da un capillare a U contenente nella parte inferiore una certa quantità di mercurio dove galleggiano due anelli, gli indici. Il ramo di sinistra termina in un bulbo pieno di alcol, quello di destra in un bulbo riempito solo parzialmente di alcol. Se la temperatura sale, il mercurio sale lungo il ramo destro, spingendo l’indice in alto, che così segna la temperatura massima. Se la temperatura scende, il mercurio tende ad alzarsi lungo il ramo sinistro, spingendo così l’altro indice e segnando la temperatura minima. Per procedere a una successiva misurazione gli indici vanno riportati a contatto col mercurio con una piccola calamita.

Notizie e curiosità

Dalla sabbia… il vetro C ome è stato inventato il vetro? La leggenda racconta che è stato facendo un fuoco sulla spiaggia. Eh sì, il vetro è soprattutto sabbia fusa e poi raffreddata. Dopo aver acceso i fuochi sulla spiaggia, infatti, gli uomini avranno trovato delle vere e proprie “pepite” di vetro. Ed è ancora così che sostanzialmente viene fabbricato il vetro.

L a vita del vetro incomincia proprio dentro un forno, dove la sabbia viene riscaldata fino a fondere e la temperatura necessaria è di oltre 1700 °C. La sabbia fusa viene fatta raffreddare e diventa un materiale trasparente, ma attenzione, è un materiale che a contatto con l’acqua si scioglie. Alla sabbia messa a riscaldare si aggiunge per questo motivo della calce che consolida questo materiale che diventa... la pasta di vetro, molle e malleabile. Non resta che darle una forma: il vetraio "raccoglie" il vetro in fusione con una canna cava e soffia al suo interno muovendola in modo da creare delle forme: un bicchiere, una bottiglia, una lampadina ecc. Oggi il soffio del vetraio è sostituito dalle macchine, che inviano l’aria sotto pressione in uno stampo che contiene la pasta di vetro; questa si appiattisce e si “spalma” contro le pareti dello stampo ed ecco... una bottiglia.

ragile o infrangibile, è sempre vetro. Se ai due materiali base si aggiungono altre sostanze, il vetro acquista nuove caratteristiche: un po’ di piombo e il vetro diventa puro cristallo, un po’ di borax (una sostanza chimica) ed ecco il pirex resistente al fuoco, qualche foglio di plastica e si ottiene un vetro blindato resistente quanto l’acciaio.

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Salute e sicurezza

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I pericoli del caldo e del freddo P er poter funzionare bene, il nostro organismo deve mantenersi sempre a una temperatura quasi costante, indipendentemente dalle condizioni ambientali. Con un meccanismo detto di autoregolazione, il nostro corpo è infatti capace di mantenere la sua temperatura interna a circa 37,5 °C e quella esterna, cioè la temperatura della pelle, a circa 37 °C. Quando però la temperatura ambientale è molto

fredda o quando ci si espone a fonti di calore molto intenso e prolungato, questo perfetto meccanismo di autoregolazione può subire pericolose alterazioni e non essere in grado di mantenere la temperatura al suo livello ottimale. Fra i tanti pericoli che l’organismo può correre in questi casi ricordiamo l’ipotermia e l’insolazione.

L’ipotermia

S i parla di ipotermiaquando la temperatura del corpo scende sotto il livello normale perché esposto a temperature abbastanza rigide come, ad esempio, d’inverno in montagna, se non siamo adeguatamente coperti. Il nostro organismo, in situazioni simili, può perdere calore in modo pericoloso. I sintomi di una moderata ipotermia sono brividi, torpore e impaccio nei movimenti; già in queste condizioni occorre ripararsi subito in un ambiente più caldo, cambiare eventuali indumenti bagnati e bere liquidi caldi. Il freddo in-

tenso può causare infatti il congelamento delle parti più esposte quali mani, piedi, naso, che si intorpidiscono e si gonfiano fino a fare male. In caso di congelamento, oltre a trovare un riparo, bisogna massaggiare le parti colpite per far riprendere la circolazione del sangue; in caso contrario può sopraggiungere l’assideramento, che porta alla perdita dei sensi e, a volte, alla morte. Per soccorrere una persona assiderata bisogna portarla subito in un ambiente caldo e darle bevande zucche-

rate calde. Se però subentra una perdita di coscienza, è necessario il trasporto immediato in ospedale per le opportune e tempestive cure mediche.

L’insolazione

S i parla di insolazione, o di colpo di calore, quando la temperatura del corpo sale sopra il livello normale perché esposto a fonti di calore intenso come, ad esempio, d’estate se stiamo a lungo sotto il sole cocente. I sintomi di un’insolazione sono nausea, mal di testa, comparsa di vesciche sulla pelle, aumento dei battiti cardiaci. Per non correre ulteriori rischi, in caso di insolazione, bisogna ripararsi subito in luoghi freschi, stare distesi con la testa sollevata, fare impacchi umidi sulle eventuali scottature e bere bevande fresche ma non ghiacciate.

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FISICA E CHIMICA

Il calore è una particolare forma di energia detta energia termica. La caloria (cal) è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C, esattamente da 14,5 °C a 15,5 °C, la temperatura di 1 g (1 cm3) di acqua distillata. La chilocaloria (kcal) è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C, esattamente da 14,5 °C a 15,5 °C, la temperatura di 1 kg (1 dm3) di acqua distillata; 1 kcal = 1000 cal. L’unità di misura del calore, in quanto forma di energia, è il joule (J), che equivale a 0,239 cal. La temperatura è il livello termico che un corpo ha o raggiunge quando gli viene fornito o sottratto calore. Per misurare la temperatura si usa il termometro, uno strumento basato sulla proprietà che hanno tutte le sostanze di aumentare di volume quando vengono riscaldate. Nei nostri termometri la scala termometrica è la scala centigrada o Celsius, nella quale i due valori di riferimento sono lo zero gradi centigradi (0 °C), la temperatura alla quale il ghiaccio scioglie e il cento gradi centigradi (100 °C), la temperatura alla quale l’acqua bolle.

L’intervallo 0 °C – 100 °C viene diviso in 100 parti e ciascuna di esse rappresenta l’unità di misura della temperatura nella scala centigrada, il grado centigrado o Celsius (°C). Per effetto del calore, se cioè viene riscaldata o raffreddata, una sostanza può passare da uno stato all’altro, può cioè subire un cambiamento di stato. I cambiamenti di stato che possono verificarsi nella materia sono: • il passaggio dallo stato liquido a quello solido

SOLIDIFICAZIONE • il passaggio dallo stato solido a quello liquido

FUSIONE • il passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme

VAPORIZZAZIONE • il passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido

CONDENSAZIONE • il passaggio dallo stato solido a quello aeriforme

SUBLIMAZIONE • il passaggio dallo stato aeriforme a quello solido

BRINAMENTO

prima dopo

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Calore e temperatura

Parole chiave Ricopiale su un quaderno con il loro significato. Calore Temperatura Scala termometrica Scala centigrada Grado centigrado

Caloria Joule Solidificazione Fusione Vaporizzazione

Condensazione Sublimazione Brinamento

Verifica Ciò che Cio sai

3. Definisci.

1. Rispondi. a) Che cos’è il calore?

a) La caloria è:

b) Che cos’è la temperatura?

b) La chilocaloria è:

c) Che cosa significa riscaldare?

c) Il joule è:

d) Che cosa significa raffreddare?

4. Che cosa si intende con l’espressione cambiamenti di stato?

2. Completa. a) Lo strumento per misurare la temperatura è b) Nella scala centigrada l’unità di misura della

temperatura è

5. Definisci e fai un esempio dei seguenti cambiamenti di stato:

che è definito come la parte dell’intervallo che sono rispettivamente e .

a) Solido

liquido

b) Solido

aeriforme

c) Liquido

solido

d) Liquido

aeriforme

e) Aeriforme

liquido

f) Aeriforme

solido

FISICA E CHIMICA

6. Che cosa indicano i seguenti termini?

7. Completa le seguenti affermazioni scrivendo accanto a ciascuna di esse “riscaldandola” o “raffreddandola”. a) Una sostanza passa dallo stato solido allo stato liquido

a) Evaporazione:

b) Una sostanza passa dallo stato liquido allo sta-

to aeriforme c) Una sostanza passa dallo stato liquido allo stato solido d) Una sostanza passa dallo stato aeriforme allo stato liquido

b) Ebollizione:

Ciò che Cio sai fare

8. Se la temperatura aumenta di 10 °C, quale

9. Osserva le figure. Nella figura a) l’acqua ha

livello raggiungerà la colonnina di mercurio nei seguenti termometri? Segnala nei due casi proposti.

raggiunto la temperatura di 30 °C in 4 secondi. Supponendo che i fornelli forniscano la stessa quantità di calore, dopo quanti secondi la temperatura dell’acqua delle figure b) e c) sarà anch’essa di 30 °C?

°C

500 400 300 200 100

a) 0

-10

-20

500 400 300 200 100

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Calore e temperatura

10. Osserva la figura e rispondi alle domande. 1 litro

14. Individua e scrivi i cambiamenti di stato rappresentati nelle seguenti figure.

2 litri

a) In quale dei due recipienti dopo 5 minuti l’ac-

qua raggiunge la temperatura più alta? a)

b) Per portare l’acqua dei due recipienti a una

stessa temperatura, ci vorrà lo stesso tempo per entrambi? c) Per far raggiungere all’acqua la stessa tem-

peratura, i due recipienti assorbono la stessa quantità di calore?

11. Quante calorie sono necessarie per portare un litro d’acqua da 10 °C a 20 °C di temperatura?

12. Quante chilocalorie sono necessarie per portare 2,5 litri d’acqua da 12,5 °C a 17 °C di temperatura?

13. Completa lo schema dei cambiamenti di stato inserendo al posto dei puntini gli opportuni termini.

......................................

...

solido

...

............. .... .

....

. . . . . . . .. . .. ... . . . . . . . . . . . . . . .

...

..................

liquido .......

.. . . . .. . . . . . . . . . .

....

..... ......

.............

...

....................

aeriforme

......................................

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FISICA E CHIMICA

• Perché?

15. La configurazione delle molecole di un corpo è passata dalla situazione a) alla situazione b). a)

• Quale cambiamento di stato è avvenuto? • Il corpo è stato sottoposto a riscaldamento o

17. Osserva le figure. Quale fenomeno rappre-

a raffreddamento?

sentano? Che cosa si vuole provare? a)

• Perché?

16. La configurazione delle molecole di un corpo è passata dalla situazione a) alla situazione b). a)

• Quale cambiamento di stato è avvenuto? • Il corpo è stato sottoposto a riscaldamento o

a raffreddamento?