SCIENZE DA SCOPRIRE VOLUME 1

1 Il calore e la temperatura Osserva l’abbigliamento dei ragazzi seduti ai banchi della loro aula in un giorno d’autunno: qualcuno ha caldo ed è in maniche di camicia, qualcuno ha freddo e ha la sciarpa o il giubbotto e qualcun altro ha addirittura il cappello di lana. Nel corpo umano ci sono delle cellule specializzate che raccolgono le sensazioni di caldo e di freddo e le comunicano al cervello e, per esperienza, si riesce a riconoscere se un corpo è tanto caldo o tanto freddo da poter nuocere all’organismo. Queste sensazioni termiche variano da persona a persona: a volte i tuoi stessi sensi ti possono ingannare. Analizza Sapresti dire se nell’aula fa caldo o fa freddo? Che cos’è il caldo? E il freddo? per saperne di più Idee antiche sul caloreFino ad alcuni secoli fa gli scienziati pensavano che il calore fosse materia, una sostanza invisibile che chiamavano calorico e che entrava e usciva dai corpi. Il calorico aveva delle strane proprietà, per esempio non aveva alcun peso! Infatti si sapeva che mettendo in acqua fredda un pezzo di ferro rovente l’acqua si riscaldava e il ferro si raffreddava senza che l’acqua aumentasse il suo peso né il ferro lo perdesse. Era possibile verificare questo fatto facilmente con una bilancia. Oggi noi sappiamo che qualsiasi sostanza ha un peso e che il calore non è materia, ma energia. Gli antichi poi rimanevano perplessi di fronte al fatto che strofinando due corpi si sviluppasse calore e cercarono di spiegarlo affermando che tutti i corpi contenevano una certa quantità di calorico che con lo strofinio veniva “spremuto fuori”. Certo era ben difficile accettare questa spiegazione: visto che i corpi continuavano a riscaldarsi se si continuava a strofinarli, bisognava ammettere che la quantità di calorico fosse inesauribile. Che cos’è il calore? Prova a strofinare due bastoncini di legno l’uno contro l’altro e nello stesso punto per qualche minuto, poi tocca il legno dove hai strofinato: sentirai un forte calore. Devi cercare la spiegazione del fenomeno a livello delle molecole che compongono i due bastoncini: l’energia dei tuoi muscoli si è trasferita alle molecole del legno che hanno cominciato a vibrare più velocemente. Le molecole di cui è fatta tutta la materia hanno una certa velocità di movimento che è minima nei solidi, aumenta nei liquidi ed è massima negli aeriformi. Quando un corpo viene strofinato oppure riceve calore da un corpo più caldo, le sue molecole aumentano la loro velocità; si dice che aumenta la loro agitazione termica. Ogni molecola in movimento possiede un po’ di energia e maggiore è la sua velocità, maggiore è la sua energia; il calore di un corpo è la somma dell’energia di movimento di tutte le molecole di cui è fatto. Il calore è dunque energia termica, legata al movimento delle molecole che compongono i corpi. Sicuramente quando hai analizzato la situazione dei ragazzi della classe, avrai pensato che per capire se nell’aula fa caldo o freddo bisogna misurare la temperatura. Temperatura e calore nel linguaggio comune sono spesso confusi, ma in termini scientifici hanno significati diversi. Che cos’è la temperatura?Se provi a riscaldare uno spillo sulla fiamma di un fornelletto ad alcol, devi tenere lo spillo con una pinza di legno e fare molta attenzione. Vedrai infatti che dopo pochi secondi lo spillo diventa incandescente e quindi raggiunge una temperatura tanto elevata che è impossibile toccarlo. Dopo averlo tolto dal fuoco, lo spillo torna freddo in pochi secondi ( 1 ). La quantità di calore accumulata dallo spillo è quindi minima. Se provi a scaldare sullo stesso fornelletto un becher contenente acqua per due minuti, vedrai che l’acqua diventa appena tiepida, tanto che puoi ancora toccarla. La quantità di calore accumulata dall’acqua è però notevole. Infatti per tornare fredda l’acqua impiegherà molto più tempo ( 2 ). La temperatura e il calore non sono quindi la stessa cosa. La temperatura ti dà informazioni su quanto un corpo è caldo o freddo, in un certo momento, ma non sulla quantità di calore che ha ricevuto. Quando un corpo riceve calore, aumenta l’agitazione termica delle sue molecole; la temperatura è proprio la misura dell’agitazione termica posseduta dalle molecole del corpo. Analizza Perché i bastoncini si riscaldano? Che cosa succede alle molecole di cui sono fatti? HAI CAPITO CHE... Il calore di un corpo è la sua energia termica, legata al movimento delle molecole che lo compongono. Molecola È il più piccolo aggregato di atomi che caratterizza una sostanza e può essere rappresentato con una formula chimica. Molecule Is the smallest aggregate of atoms that characterizes a substance and can be represented by a chemical formula. Analizza Confronta questa figura con la precedente: quale tra i due corpi, lo spillo o l’acqua, alla fine delle prove ha raggiunto la temperatura maggiore? Quale ha accumulato più calore? HAI CAPITO CHE... La temperatura è la misura dell’agitazione termica delle molecole di un corpo. >> VERSO LE COMPETENZE Spiega Durante un esperimento Mauro immerge contemporaneamente le mani in una bacinella di acqua tiepida, poi sposta per qualche minuto la mano destra in una bacinella con acqua fredda e infine la rimette nell’acqua tiepida. Quale sensazioni avrà alla mano destra? Perché? Rispondi Le due pentole dell’illustrazione contengono una 1 litro d’acqua e l’altra 2 litri. Se sono tenute per 10 minuti sullo stesso fornello: - La quantità di calore fornita è la stessa? - In quale delle due pentole l’acqua raggiunge una temperatura più alta? Se l’acqua delle due pentole deve essere portata alla stessa temperatura: - In quale pentola l’acqua raggiunge per prima la temperatura stabilita? - All’acqua di quale pentola viene fornito più calore?
1 Il calore e la temperatura Osserva l’abbigliamento dei ragazzi seduti ai banchi della loro aula in un giorno d’autunno: qualcuno ha caldo ed è in maniche di camicia, qualcuno ha freddo e ha la sciarpa o il giubbotto e qualcun altro ha addirittura il cappello di lana. Nel corpo umano ci sono delle cellule specializzate che raccolgono le sensazioni di caldo e di freddo e le comunicano al cervello e, per esperienza, si riesce a riconoscere se un corpo è tanto caldo o tanto freddo da poter nuocere all’organismo. Queste sensazioni termiche variano da persona a persona: a volte i tuoi stessi sensi ti possono ingannare. Analizza Sapresti dire se nell’aula fa caldo o fa freddo? Che cos’è il caldo? E il freddo? per saperne di più Idee antiche sul caloreFino ad alcuni secoli fa gli scienziati pensavano che il calore fosse materia, una sostanza invisibile che chiamavano calorico e che entrava e usciva dai corpi. Il calorico aveva delle strane proprietà, per esempio non aveva alcun peso! Infatti si sapeva che mettendo in acqua fredda un pezzo di ferro rovente l’acqua si riscaldava e il ferro si raffreddava senza che l’acqua aumentasse il suo peso né il ferro lo perdesse. Era possibile verificare questo fatto facilmente con una bilancia. Oggi noi sappiamo che qualsiasi sostanza ha un peso e che il calore non è materia, ma energia. Gli antichi poi rimanevano perplessi di fronte al fatto che strofinando due corpi si sviluppasse calore e cercarono di spiegarlo affermando che tutti i corpi contenevano una certa quantità di calorico che con lo strofinio veniva “spremuto fuori”. Certo era ben difficile accettare questa spiegazione: visto che i corpi continuavano a riscaldarsi se si continuava a strofinarli, bisognava ammettere che la quantità di calorico fosse inesauribile. Che cos’è il calore? Prova a strofinare due bastoncini di legno l’uno contro l’altro e nello stesso punto per qualche minuto, poi tocca il legno dove hai strofinato: sentirai un forte calore. Devi cercare la spiegazione del fenomeno a livello delle molecole che compongono i due bastoncini: l’energia dei tuoi muscoli si è trasferita alle molecole del legno che hanno cominciato a vibrare più velocemente. Le molecole di cui è fatta tutta la materia hanno una certa velocità di movimento che è minima nei solidi, aumenta nei liquidi ed è massima negli aeriformi. Quando un corpo viene strofinato oppure riceve calore da un corpo più caldo, le sue molecole aumentano la loro velocità; si dice che aumenta la loro agitazione termica. Ogni molecola in movimento possiede un po’ di energia e maggiore è la sua velocità, maggiore è la sua energia; il calore di un corpo è la somma dell’energia di movimento di tutte le molecole di cui è fatto. Il calore è dunque energia termica, legata al movimento delle molecole che compongono i corpi. Sicuramente quando hai analizzato la situazione dei ragazzi della classe, avrai pensato che per capire se nell’aula fa caldo o freddo bisogna misurare la temperatura. Temperatura e calore nel linguaggio comune sono spesso confusi, ma in termini scientifici hanno significati diversi. Che cos’è la temperatura?Se provi a riscaldare uno spillo sulla fiamma di un fornelletto ad alcol, devi tenere lo spillo con una pinza di legno e fare molta attenzione. Vedrai infatti che dopo pochi secondi lo spillo diventa incandescente e quindi raggiunge una temperatura tanto elevata che è impossibile toccarlo. Dopo averlo tolto dal fuoco, lo spillo torna freddo in pochi secondi ( 1 ). La quantità di calore accumulata dallo spillo è quindi minima. Se provi a scaldare sullo stesso fornelletto un becher contenente acqua per due minuti, vedrai che l’acqua diventa appena tiepida, tanto che puoi ancora toccarla. La quantità di calore accumulata dall’acqua è però notevole. Infatti per tornare fredda l’acqua impiegherà molto più tempo ( 2 ). La temperatura e il calore non sono quindi la stessa cosa. La temperatura ti dà informazioni su quanto un corpo è caldo o freddo, in un certo momento, ma non sulla quantità di calore che ha ricevuto. Quando un corpo riceve calore, aumenta l’agitazione termica delle sue molecole; la temperatura è proprio la misura dell’agitazione termica posseduta dalle molecole del corpo. Analizza Perché i bastoncini si riscaldano? Che cosa succede alle molecole di cui sono fatti? HAI CAPITO CHE... Il calore di un corpo è la sua energia termica, legata al movimento delle molecole che lo compongono. Molecola È il più piccolo aggregato di atomi che caratterizza una sostanza e può essere rappresentato con una formula chimica. Molecule Is the smallest aggregate of atoms that characterizes a substance and can be represented by a chemical formula. Analizza Confronta questa figura con la precedente: quale tra i due corpi, lo spillo o l’acqua, alla fine delle prove ha raggiunto la temperatura maggiore? Quale ha accumulato più calore? HAI CAPITO CHE... La temperatura è la misura dell’agitazione termica delle molecole di un corpo. >> VERSO LE COMPETENZE Spiega Durante un esperimento Mauro immerge contemporaneamente le mani in una bacinella di acqua tiepida, poi sposta per qualche minuto la mano destra in una bacinella con acqua fredda e infine la rimette nell’acqua tiepida. Quale sensazioni avrà alla mano destra? Perché? Rispondi Le due pentole dell’illustrazione contengono una 1 litro d’acqua e l’altra 2 litri. Se sono tenute per 10 minuti sullo stesso fornello: - La quantità di calore fornita è la stessa? - In quale delle due pentole l’acqua raggiunge una temperatura più alta? Se l’acqua delle due pentole deve essere portata alla stessa temperatura: - In quale pentola l’acqua raggiunge per prima la temperatura stabilita? - All’acqua di quale pentola viene fornito più calore?