Temperatura e Calore

La sensazione di caldo o freddo è molto soggettiva e dipende dalle nostre esperienze precedenti. Per esempio, se mettiamo la mano nell'acqua calda e poi in quella tiepida, quest'ultima ci sembrerà fredda.

Concetti fondamentali:

• La temperatura è la proprietà dei corpi di essere più o meno caldi
• Il calore è l'energia che passa dal corpo caldo a quello freddo
• L'unità di misura della temperatura in Italia è il grado centigrado (°C)

Concetto chiave: La differenza tra calore e temperatura è che la temperatura è una misura di quanto è caldo un oggetto, mentre il calore è energia in trasferimento.

I termometri più comuni sono quelli a liquido. Fino al 2009 contenevano mercurio, mentre oggi si usa una lega chiamata galinstan (gallio, indio e stagno). Questi termometri hanno un bulbo di vetro con il liquido collegato a un sottile tubo capillare con una scala graduata.

Nel mondo si usano diverse scale di temperatura:

• Scala Celsius (°C) - usata in Italia e in molti paesi
• Scala Fahrenheit (°F) - usata nei paesi anglosassoni
• Scala Kelvin (K) - usata negli studi scientifici
  • 0 K = -273,15°C (zero assoluto)
  • 0°C = 273,15 K = 32°F

Il calore, essendo energia, si misura in:

• Joule (J)
• Chilocalorie (kcal)
  • 1 kcal = 4186 J
  • 1 kcal = 1000 Cal (piccole calorie)

Ogni sostanza richiede una differente quantità di calore per riscaldarsi, definita come calore specifico: la quantità di calore necessaria per aumentare o diminuire di 1°C la temperatura di 1 kg di una certa sostanza.

Per misurare il calore si usa il calorimetro delle mescolanze, un recipiente simile a un thermos con un termometro e un agitatore per mescolare l'acqua e distribuire il calore uniformemente.

Trasmissione del Calore e Passaggi di Stato

Il calore può trasferirsi da un corpo all'altro in tre modi diversi:

• Conduzione: trasmissione del calore nei solidi senza spostamento di materia
• Convezione: trasmissione del calore nei liquidi e gas con spostamento di materia
• Irraggiamento: trasmissione del calore attraverso il vuoto (come il calore del sole che arriva sulla Terra)

Esempio pratico: Nella vita quotidiana possiamo osservare i tre tipi di propagazione del calore: la conduzione quando una pentola metallica si scalda sul fornello, la convezione quando l'acqua bolle creando correnti, e l'irraggiamento quando sentiamo il calore di un caminetto anche a distanza.

I passaggi di stato della materia sono:

• Fusione: da solido a liquido
• Solidificazione: da liquido a solido
• Evaporazione: da liquido a gassoso
• Condensazione: da gassoso a liquido
• Sublimazione: da solido a gassoso
• Brinamento: da gassoso a solido

La vaporizzazione (passaggio da liquido a gas) può avvenire in due modi:

• Ebollizione: passaggio rapido e tumultuoso (come l'acqua che bolle in una pentola)
• Evaporazione: passaggio lento e poco appariscente (come la pioggia che asciuga sulla strada)

I fattori che favoriscono l'evaporazione sono:

• Temperatura più alta
• Maggiore superficie esposta all'aria
• Ventilazione

L'umidità è invece un fattore che non favorisce l'evaporazione, perché se l'aria è già carica di umidità, assorbirà meno vapore acqueo.

Fisica in pratica: La trasmissione del calore per convezione è alla base del funzionamento dei termosifoni, dove l'acqua calda sale e quella fredda scende, creando un circolo che riscalda l'ambiente.