Gli effetti del calore

Conducibilità termica Equilibrio termico Propagazione Del calore conduzione Effetti del calore Dilatazione termica Trasporto del calore convenzione irraggiamento Conducibilità termica Conduttori termici Isolanti termici

Dilatazione termica Cosa succede alle molecole di un corpo se si aumenta di temperatura? Aumenta l‘agitazione termica Ma qual è il risultato sullo spazio occupato dagli atomi? E come se un atomo occupasse più spazio Quali sono le conseguenze? Un aumento del suo volume Le diverse sostanze, a parità di calore fornito, si dilatano in modo disuguale

Video preparazione esperimento dilatazione termica dei gas La dilatazione termica dei gas la dilatazione termica dei gas (contrazione) perché il palloncino si gonfia da solo? Prevenire i problemi della dilatazione/contrazione termica: Cosa notate? Curva da Sole

Calore specifico Abbiamo gia sentito parlare di calore specifico quando? Abbiamo perciò parlato non di calore specifico delle sostanze ma di calore specifico di una particolare sostanza Secondo voi perché? Quali supposizioni possiamo fare? esperimento sul calore specifico Le 5 sfere sono di materiali differenti La sostanza che ha maggior capacità di cedere calore alla cera si dice che ha calore specifico maggiore Abbiamo visto che il calore posseduto da un corpo dipende dalla temperatura e dalla massa, adesso sappiamo che dipende anche da calore specifico Q = m x T x cs m = massa T = temperatura cs = calore specifico

Propagazione del calore L’esperimento precedente ha mostrato come il calore passa dalle sfere (calde) alla cera (fredda) La cera si è riscaldata ma cosa è successo alle sfere? Si sono raffreddate perché? Cedendo calore l’intensità di energia termica (temperatura) è diminuita Il calore passa sempre da un corpo più caldo ad uno più freddo Ma cosa succede alla fine? Qual’è il risultato finale?

Vi siete mai misurati la temperatura? Raccontate cosa fate? Raccontate cosa è successo Cosa è successo al termometro? Per continuare ci serve una definizione di equilibrio. Cosa è l’equilibrio? Ricordiamoci a cosa serve il termometro Con che cosa era in equilibrio prima il termometro? Con che cosa è in equilibrio poi? Adesso ci serve una definizione di equilibrio di temperartura. Provate a darla.

Definizione di equilibrio termico Il calore si propaga sempre passando da un corpo più caldo ad uno più freddo fino a che i due corpi non avranno raggiunto la stessa energia termica; quando questo si verifica si dice che i due corpi avranno raggiunto un equilibrio termico

Adesso poniamoci alcune domande: Cosa succede se tengo in mano un cucchiaio di acciaio e lo metto nel brodo caldo? Cosa succede se mi metto davanti ad un caminetto col fuoco acceso? Cosa succede se metto una pentola piena d’acqua con dei chicchi di riso sul fondo sul fuoco? Cosa succede se mi espongo al sole? Cosa hanno in comune i fenomeni descritti e cosa hanno di diverso?

La conduzione termica Cosa significa condurre? Cosa intendiamo dire con la parola “termica” La conduzione termica è il trasferimento di energia termica che si verifica all’interno dei solidi, liquidi e gas dalle zone di più alta temperatura verso quelle a più bassa temperatura

La conduzione del calore Cosa succede se metto un filo metallico a contatto con la fiamma di un fornello? Le molecole vicino alla fiamma assorbono energia e aumentano il loro movimento In seguito trasmettono questo movimento alle molecole vicine che aumentano il loro moto di vibrazione La conduzione di calore è il trasporto di energia termica da molecola a molecola anche se le molecole rimangono nella stessa posizione

La convenzione Nei fluidi (liquidi e gas) le molecole non sono ferme perciò la conduzione non può verificarsi Si ha convenzione quando al trasporto di calore si associa un movimento di materia Il trasporto di calore avviene in altri modi I moti convettivi tendono a distribuire uniformemente il calore in tutto il corpo e cessano all’equilibrio termico Osservate la seguente figura; vi ricorda qualcosa? Descriviamo cosa sta succedendo. Si forma cosi una struttura circolare all’interno del liquido che prende il nome di cella convettiva Il liquido vicino alla fiamma si riscalda, riscaldandosi tende a salire, arriva in superficie e si raffredda, dopo di ché tende a scendere (perché?) Celle convettive atmosferica Celle convettive nel mantello

L’irraggiamento Quando il calore si propaga senza che fra Fra il Sole e la Terra non c’è materia per cui l’energia che riceviamo dal Sole, calore compreso, non può utilizzare uno dei metodi precedenti Quando il calore si propaga senza che fra i due corpi siano a contatto si dice che la trasmissione del calore avviene per irraggiamento attraverso l’utilizzo di raggi infrarossi In questo cado si parla di irraggiamento, col termine di irraggiamento si intende un trasferimento di energia fra due corpi tramite l’utilizzo di radiazioni elettromagnetiche Le radiazioni che trasportano il calore sono i raggi infrarossi perciò ci si riferisce ad esse come radiazioni termiche

Centra qualcosa il colore con il calore? Secondo voi è una domanda sensata o no? Provate a riflettere su precedenti esperienze in cui avete associato una sensazione di calore ad un particolare colore (anche in merito all’esperimento suggerito nel cap. precedente) Che cosa possiamo concludere?

Il colore di un oggetto è dovuto alla sua capacita di riflettere e assorbire particolari radiazioni elettromagnetiche come vedremo più avanti nel corso di scienze; il colore bianco riflette tutte le radiazioni e si riscalda di meno mentre il nero assorbe tutte le radiazioni e si riscalda di più, a parità di tempo di esposizione, rispetto al bianco

La conducibilità termica Secondo voi tutte le sostanze conducono il calore nella stessa maniera? Nell’esperimento che avete fatto quale cucchiaio era più caldo e quale più freddo e perché? Cosa ne possiamo dedurre?

Consideriamo un apparecchi formato da 3 sbarre: alluminio, ottone e ferro A distanze uguali dall’origine attacchiamo con della plastilina 4 palline su ciascuna sbarra (tre nel caso del ferro) e nel punto di incrocio forniamo calore Dopo un certo tempo dall’accensione della fiamma possiamo vedere che la sbarra di alluminio ha perso 3 delle sue palline, quella di ottone una e quella di ferro ancora nessuna Dopo poco tempo cade la seconda pallina dalla sbarra di ottone Nell’ultima immagine possiamo vedere come, nonostante le altre 2 sbarre siano prive di palline quella di ferro, che ne aveva solo tre, ne trattiene ancora una

Cosa possiamo concludere? La capacità che ha ciascuna sostanza di strasmettere calore è detta conducibilità termica ed è caratteristica per ciascuna sostanza Le sostanze che hanno una elevata conducibilità termica sono dette conduttori es. i metalli Le sostanze che hanno una scarsa conducibilità termica sono dette isolanti es. il legno