SCIENZE DA SCOPRIRE VOLUME 1

4 La misura della temperatura e del calore Toccando un oggetto, puoi sentire se è caldo o freddo, ma la tua mano non è in grado di darti una vera misura della temperatura dell’oggetto. Per misurare la temperatura occorre un termometro; il termine deriva da due parole greche: thermos, che significa “caldo”, e metron, che significa “misura”. Come è fatto e come funziona il termometro?Il termometro dell’illustrazione è solo uno dei tanti tipi di termometri esistenti; sfrutta la dilatazione termica dell’alcol. È composto essenzialmente da un bulbo che contiene l’alcol colorato, da un capillare collegato al bulbo in cui l’alcol può scorrere quando si dilata e da una scala graduata. Il bulbo si mette a contatto con il corpo di cui si vuole misurare la temperatura: se la temperatura del corpo è maggiore di quella del termometro, il liquido assorbe calore, si dilata e sale nel capillare; se la temperatura del corpo è minore di quella del termometro, il liquido cede calore, si contrae e il suo livello si abbassa. In questo modo non si confronta direttamente la temperatura del corpo con quella del termometro ma l’effetto che la temperatura del corpo ha sul termometro, cioè l’allungamento o l’accorciamento del livello del liquido nel capillare. Si tratta perciò di una misurazione indiretta. Sulla scala graduata, segnata a fianco del capillare, si può leggere la temperatura del corpo, espressa in gradi. La scala comunemente usata in Italia e in tutto il mondo, tranne che nei Paesi anglosassoni, è quella Celsius, dal nome dello scienziato che la ideò. Analizza Quale parte del termometro si mette a contato con il corpo di cui si vuole misurare la temperatura? Che cosa avviene nel tubicino capillare? HAI CAPITO CHE... La misurazione della temperatura con il termometro è indiretta: viene infatti misurato l’effetto che la temperatura del corpo ha sul termometro. In che cosa consiste la scala Celsius? Ogni scala graduata deve possedere dei valori di riferimento fissi, in questo caso due temperature costanti su tutta la Terra, perciò sono state scelte la temperatura del ghiaccio che fonde e quella dell’acqua che bolle. Si assegnò il valore “0” al livello raggiunto dal liquido nel tubicino capillare quando è a contatto con il ghiaccio fondente ( a ), il valore 100 al livello raggiunto quando è a contatto con l’acqua bollente ( b ). La distanza tra i due livelli venne divisa in 100 parti uguali e ognuna di esse fu chiamata grado ( c ). Ecco perché la scala Celsius è anche chiamata scala centigrada. Il grado centigrado è l’unità di misura delle temperature nella scala Celsius e si indica °C, dove la C ha un duplice significato: Celsius oppure centigrado. Se la temperatura è più bassa di 0 °C , si indica con il segno “-” davanti al numero. HAI CAPITO CHE... La scala Celsius o centigrada si basa su due temperature: quella del ghiaccio che fonde e quella dell’acqua che bolle. Le scale termometriche Il termometro a massima e minima La febbre Come tarare un termometro Esistono altre scale per la misura della temperatura? Nei Paesi anglosassoni è in uso la scala Fahrenheit, ma nel Sistema Internazionale di Misura (S.I.) si usa la scala Kelvin. Osserva e confronta nel disegno le tre scale termometriche. Nella scala Fahrenheit la temperatura del ghiaccio che fonde è fissata 32 °F e quella dell’acqua bollente a 212 °F; l’intervallo tra i due punti fissi è diviso in 180 parti uguali, ciascuna delle quali corrisponde a 1 grado Fahrenheit (1 °F). Nella scala Kelvin il valore di riferimento è lo zero assoluto (0 K), che equivale a -273,15 °C, e costituisce la temperatura più bassa che teoricamente si possa raggiungere. La scala è suddivisa in 100 parti come la scala Celsius; la temperatura del ghiaccio fondente è 273,15 K e corrisponde a 0 °C, la temperatura dell’acqua bollente è 373,15 K e corrisponde a 100 °C. Il kelvin (K) è l’unità di misura della temperatura usata in campo scientifico. Analizza La scala Fahrenheit è centigrada? Perché? E la scala Kelvin? Perché? Come si misura il calore? L’unità di misura del calore nel Sistema Internazionale è il joule (J), ma ancora oggi molto usata è la caloria (cal). La caloria è la quantità di calore necessaria per far salire di 1 °C (precisamente da 14,5 °C a 15,5 °C) la temperatura di 1 g di acqua distillata. Osserva la tabella nutrizionale che puoi trovare su tutti gli alimenti confezionati; in essa puoi leggere la quantità di energia fornita da 100 g di un certo alimento. Come vedi, tale energia è misurata in kilocalorie (kcal) o in kilojoule (kJ) che corrispondono rispettivamente a 1000 cal e a 1 000 joule. Ecco la corrispondenza tra calorie e joule: 1 cal = 4,18 J e 1 kcal = 4180 J Il calore come trasferimento di energia: la caloria Il “freddo” conserva gli alimenti >> VERSO LE COMPETENZE Scienze in viaggio Luca lo scorso anno ha passato le vacanze a Londra. Sebbene fosse estate, non riusciva però a spiegarsi come mai ci fosse una temperatura di 77 gradi. Puoi provare a spiegarglielo tu? Confronta le scale termometriche Osserva la scala Celsius e la scala Fahrenheit: puoi dire che in due termometri identici ma graduati nelle due diverse scale, la distanza che il liquido deve percorrere per “salire” rispettivamente di 1 °C e di 1 °F è la stessa? Sì No Perché?
4 La misura della temperatura e del calore Toccando un oggetto, puoi sentire se è caldo o freddo, ma la tua mano non è in grado di darti una vera misura della temperatura dell’oggetto. Per misurare la temperatura occorre un termometro; il termine deriva da due parole greche: thermos, che significa “caldo”, e metron, che significa “misura”. Come è fatto e come funziona il termometro?Il termometro dell’illustrazione è solo uno dei tanti tipi di termometri esistenti; sfrutta la dilatazione termica dell’alcol. È composto essenzialmente da un bulbo che contiene l’alcol colorato, da un capillare collegato al bulbo in cui l’alcol può scorrere quando si dilata e da una scala graduata. Il bulbo si mette a contatto con il corpo di cui si vuole misurare la temperatura: se la temperatura del corpo è maggiore di quella del termometro, il liquido assorbe calore, si dilata e sale nel capillare; se la temperatura del corpo è minore di quella del termometro, il liquido cede calore, si contrae e il suo livello si abbassa. In questo modo non si confronta direttamente la temperatura del corpo con quella del termometro ma l’effetto che la temperatura del corpo ha sul termometro, cioè l’allungamento o l’accorciamento del livello del liquido nel capillare. Si tratta perciò di una misurazione indiretta. Sulla scala graduata, segnata a fianco del capillare, si può leggere la temperatura del corpo, espressa in gradi. La scala comunemente usata in Italia e in tutto il mondo, tranne che nei Paesi anglosassoni, è quella Celsius, dal nome dello scienziato che la ideò. Analizza Quale parte del termometro si mette a contato con il corpo di cui si vuole misurare la temperatura? Che cosa avviene nel tubicino capillare? HAI CAPITO CHE... La misurazione della temperatura con il termometro è indiretta: viene infatti misurato l’effetto che la temperatura del corpo ha sul termometro. In che cosa consiste la scala Celsius? Ogni scala graduata deve possedere dei valori di riferimento fissi, in questo caso due temperature costanti su tutta la Terra, perciò sono state scelte la temperatura del ghiaccio che fonde e quella dell’acqua che bolle. Si assegnò il valore “0” al livello raggiunto dal liquido nel tubicino capillare quando è a contatto con il ghiaccio fondente ( a ), il valore 100 al livello raggiunto quando è a contatto con l’acqua bollente ( b ). La distanza tra i due livelli venne divisa in 100 parti uguali e ognuna di esse fu chiamata grado ( c ). Ecco perché la scala Celsius è anche chiamata scala centigrada. Il grado centigrado è l’unità di misura delle temperature nella scala Celsius e si indica °C, dove la C ha un duplice significato: Celsius oppure centigrado. Se la temperatura è più bassa di 0 °C , si indica con il segno “-” davanti al numero. HAI CAPITO CHE... La scala Celsius o centigrada si basa su due temperature: quella del ghiaccio che fonde e quella dell’acqua che bolle. Le scale termometriche Il termometro a massima e minima La febbre Come tarare un termometro Esistono altre scale per la misura della temperatura? Nei Paesi anglosassoni è in uso la scala Fahrenheit, ma nel Sistema Internazionale di Misura (S.I.) si usa la scala Kelvin. Osserva e confronta nel disegno le tre scale termometriche. Nella scala Fahrenheit la temperatura del ghiaccio che fonde è fissata 32 °F e quella dell’acqua bollente a 212 °F; l’intervallo tra i due punti fissi è diviso in 180 parti uguali, ciascuna delle quali corrisponde a 1 grado Fahrenheit (1 °F). Nella scala Kelvin il valore di riferimento è lo zero assoluto (0 K), che equivale a -273,15 °C, e costituisce la temperatura più bassa che teoricamente si possa raggiungere. La scala è suddivisa in 100 parti come la scala Celsius; la temperatura del ghiaccio fondente è 273,15 K e corrisponde a 0 °C, la temperatura dell’acqua bollente è 373,15 K e corrisponde a 100 °C. Il kelvin (K) è l’unità di misura della temperatura usata in campo scientifico. Analizza La scala Fahrenheit è centigrada? Perché? E la scala Kelvin? Perché? Come si misura il calore? L’unità di misura del calore nel Sistema Internazionale è il joule (J), ma ancora oggi molto usata è la caloria (cal). La caloria è la quantità di calore necessaria per far salire di 1 °C (precisamente da 14,5 °C a 15,5 °C) la temperatura di 1 g di acqua distillata. Osserva la tabella nutrizionale che puoi trovare su tutti gli alimenti confezionati; in essa puoi leggere la quantità di energia fornita da 100 g di un certo alimento. Come vedi, tale energia è misurata in kilocalorie (kcal) o in kilojoule (kJ) che corrispondono rispettivamente a 1000 cal e a 1 000 joule. Ecco la corrispondenza tra calorie e joule: 1 cal = 4,18 J e 1 kcal = 4180 J Il calore come trasferimento di energia: la caloria Il “freddo” conserva gli alimenti >> VERSO LE COMPETENZE Scienze in viaggio Luca lo scorso anno ha passato le vacanze a Londra. Sebbene fosse estate, non riusciva però a spiegarsi come mai ci fosse una temperatura di 77 gradi. Puoi provare a spiegarglielo tu? Confronta le scale termometriche Osserva la scala Celsius e la scala Fahrenheit: puoi dire che in due termometri identici ma graduati nelle due diverse scale, la distanza che il liquido deve percorrere per “salire” rispettivamente di 1 °C e di 1 °F è la stessa? Sì No Perché?