Calore , temperatura e ghiaccio Tiziana Segalini Liceo Ariosto-Spallanzani di Reggio Emilia “Le mani sul laboratorio” Corso di aggiornamento per insegnanti Modena, 9 dicembre 2008

Non esistono regole per educare, solo persone che sono quello che devono essere. Dott.E.Belotti

Motivazioni Modulo di raccordo tra la meccanica e la termodinamica Facilità di reperire il materiale Piena padronanza dell’attività da parte dei ragazzi Collegamenti con la vita quotidiana Spunti teorici non banali (natura del calore, transizioni di fase, la termodinamica delle miscele, modi di propagazione del calore, variabili microscopiche e macroscopiche)

Ultima motivazione: alle classi piace fare laboratorio Un ringraziamento alla 4G del Liceo Spallanzani che ha provato tutte le esperienze di questa unità e che ha fornito parecchio del materiale di questa presentazione.

Il materiale Fornelletti elettrici. Acqua distillata, becker in pyrex, cilindro graduato, bilancina digitale. Calorimetro, campioncini di metallo, forbici e spago. Termometro da 0 a 100°C. Termometro con portata fino a -30 °C per la miscela frigorifera, cubetti di ghiaccio naftalina, paraffina.

Quale temperatura segna L’equilibrio termico Quale temperatura segna il termometro?

La temperatura segnata dal termometro è la sua cioè l’unica misura che abbiamo dell’energia delle sue molecole

Variazione dell’energia cinetica Scambio di calore Variazione dell’energia cinetica Variazione di T calore Termostato caldo calore Cambiamento di stato T costante

Il calore e la temperatura Esperienza sul grafico di riscaldamento di due quantità della stessa sostanza: potenza termica costante, diversa variazione di temperatura DT/Dt , capacità e calore specifico, cambiamento di stato = temperatura costante .

Il grafico di riscaldamento TF =100°C T(°C) DT/Dt=0,06 °C/s DT/Dt=0,12 °C/s t(min) T0=35°C

Il grafico di riscaldamento è una buona occasione per mostrare che il calore trasferito sia costante e anche la variazione della temperatura nell’intervallo di tempo, la pendenza del grafico è costante e inversamente proporzionale alla capacità termica del corpo, quindi massa e variazione di temperatura sono inversamente proporzionali .

Possiamo quindi giustificare la formula per il calore: Q = cs mDT dove cs è il calore specifico della sostanza.

Cambiamenti di stato : quando la temperatura non varia Fusione ed ebollizione dell’acqua Fusione di un sostanza tra 0 e 100 °C (sodio tiosolfato, naftalina, paraffina,…vedi lista ) Miscela frigorifera e punto eutettico

Il punto eutettico della miscela acqua -sale

Altri spunti Il diagramma di fase della granita, ovvero come ghiaccia una soluzione di acqua e zucchero Le 6 fasi del cioccolato (dalla rubrica di Bressanini su “Le scienze”)

Tarare il calorimetro : Determinare l’equivalente in acqua del calorimetro è un ‘esperienza da ripetere più volte. Soprattutto per rendersi conto che la variabilità del risultato è altissima.

masse uguali di acqua per ...... Per trovare l’equivalente in acqua del calorimetro si usa la nota formula e conviene utilizzare masse uguali di acqua per ...... temperature iniziali dell’acqua da miscelare….

La misura del calore specifico È un’esperienza classica, semplice ma significativa. Accorgimenti per ottenere buoni risultati: Non perdere calore per strada! Campioncini di una certa massa!

occorre diminuire l’incertezza su queste misure: come? Dato che per trovare il calore specifico si confrontano le variazioni di temperatura del campione e dell’acqua nel calorimetro, occorre diminuire l’incertezza su queste misure: come?

La misura del calore latente di fusione del ghiaccio Accorgimenti per ottenere buoni risultati: Non perdere calore per strada! Fatelo sciogliere tutto!

Cosa bisogna misurare bene per ottenere un valore affidabile del calore latente di fusione? la misura più critica è l’abbassamento di temperatura dell’acqua: perciò….

Conclusioni Ci sono ricadute didattiche ? C’è stato un miglioramento della comprensione degli argomenti? C’è stato un miglioramento dell’approccio critico degli studenti all’esperienza e alla misura?

Bibliografia: “Il diagramma di fase della granita”, D Bressanini, “Le scienze” settembre 2008; “Tutte le forme del cioccolato”, D.Bressanin, “Le scienze” aprile 2008; “Fisica”, A. De Marco, R. Leso, Poseidonia. Wikipedia, per ricerche sulle varie sostanze da fondere e sul punto eutettico