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12/11/200912/11/2009 11
calore e temperaturacalore e temperatura
Bottega delle scienzePatrizia Roberta Iotti
2212/11/200912/11/2009
obiettivo didattico generaleobiettivo didattico generale
proporre ai ragazzi un percorso proporre ai ragazzi un percorso sperimentale che, partendo da una sperimentale che, partendo da una domanda iniziale, li conduca attraverso domanda iniziale, li conduca attraverso ll’’osservazione (con strumenti costruiti da osservazione (con strumenti costruiti da loro) ad una prima risposta. Questa loro) ad una prima risposta. Questa prima risposta prima risposta potrapotra’’ essere modificata essere modificata via via che il ragazzo viene in possesso via via che il ragazzo viene in possesso di ulteriori conoscenze, ripartendo da di ulteriori conoscenze, ripartendo da nuove domandenuove domande
3312/11/200912/11/2009
22 domande per cominciaredomande per cominciareCosCos’è’è la la temperaturatemperatura ??
CosCos’è’è il il calorecalore ??
CaloreCalore e e TemperaturaTemperatura sono termini che fanno sono termini che fanno parte della nostra esperienza quotidiana fin da parte della nostra esperienza quotidiana fin da bambini, ma, in realtbambini, ma, in realtàà, non , non èè facile definirle facile definirle correttamente come grandezze fisiche e correttamente come grandezze fisiche e rispondere con precisione a queste domande.rispondere con precisione a queste domande.
Patrizia Roberta Iotti
4412/11/200912/11/2009
Misurare per conoscereMisurare per conoscere
Punto di partenza sono le conoscenze Punto di partenza sono le conoscenze ingenue dei ragazzi e le loro esperienze ingenue dei ragazzi e le loro esperienze quotidianequotidiane
Come si misura la temperatura?Come si misura la temperatura?Con un termometro Con un termometro …… che che domandedomande……..
Ma come si costruisce un termometro?Ma come si costruisce un termometro?
5512/11/200912/11/2009
COSA FAREMO ?COSA FAREMO ?
Costruiremo insieme un semplice Costruiremo insieme un semplice termometro per imparare a misurare la termometro per imparare a misurare la temperaturatemperatura
A cosa porre attenzioneA cosa porre attenzioneFenomeno fisico :scambio termico Fenomeno fisico :scambio termico
con variazione di temperaturacon variazione di temperaturaLo scopo non Lo scopo non èè leggere una temperatura leggere una temperatura
bensbensìì comprendere come ciò sia possibilecomprendere come ciò sia possibile
Patrizia Roberta Iotti
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7712/11/200912/11/2009
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In cucina per provareIn cucina per provare
9912/11/200912/11/2009
Una osservazione guidataUna osservazione guidataCosa Cosa èè successo ?successo ?
Riscaldare un corpo ha come effetto Riscaldare un corpo ha come effetto osservabile la variazione del suo volumeosservabile la variazione del suo volume
Il fenomeno che abbiamo osservato Il fenomeno che abbiamo osservato èè la la
dilatazione termicadilatazione termica
èè il principio di funzionamento del termometroil principio di funzionamento del termometro
101012/11/200912/11/2009
Il modello :una legge sempliceIl modello :una legge semplice
La variazione La variazione di volume di volume èèdirettamente direttamente proporzionale proporzionale alla variazione alla variazione di di temperaturatemperatura
111112/11/200912/11/2009
a caccia delle causea caccia delle cause
Cosa ha provocato la variazione di volume?Cosa ha provocato la variazione di volume?
Uno scambio termico Uno scambio termico
quindi quindi
il termometro funziona scambiando calore il termometro funziona scambiando calore con il corpo di cui vogliamo misurare la con il corpo di cui vogliamo misurare la
temperaturatemperaturaPatrizia Iotti
121212/11/200912/11/2009
Un limite intrinseco e le sue Un limite intrinseco e le sue conseguenzeconseguenze
…… lo scambio di calore continua lo scambio di calore continua
Quando i due corpi hanno raggiuntoQuando i due corpi hanno raggiunto la la stessa temperatura stessa temperatura lo scambio termico lo scambio termico cessacessa…… si raggiunge quindi unasi raggiunge quindi unatemperatura di equilibriotemperatura di equilibrio
Patrizia Iotti
ALL’INFINITO ?!!???! OVVIAMENTE NO !
131312/11/200912/11/2009
il fenomeno di scambio di calore avviene il fenomeno di scambio di calore avviene per stabilire un equilibrio termico.per stabilire un equilibrio termico.Indicando con Indicando con ΔΔQ la quantitQ la quantitàà di calore di calore scambiato tra due corpi :scambiato tra due corpi :
ΔQ ceduto = ΔQ assorbito
èè la LEGGE DI EQUILIBRIO TERMICOla LEGGE DI EQUILIBRIO TERMICO
Patrizia Iotti
141412/11/200912/11/2009
IL TERMOMETROIL TERMOMETRO
Il funzionamento di un termometro si basa Il funzionamento di un termometro si basa su due principi :su due principi :LL’’EQUILIBRIO TERMICOEQUILIBRIO TERMICOeeLa DILATAZIONE TERMICALa DILATAZIONE TERMICA
151512/11/200912/11/2009
PerchPerchéé si usa il mercurio come si usa il mercurio come liquido termometrico?liquido termometrico?
Una nuova domanda che trova risposta Una nuova domanda che trova risposta ancora in un esperimento sempliceancora in un esperimento semplice
Riempiamo tre flaconi conRiempiamo tre flaconi con
Patrizia Iotti
ACQUA COLORATA
OLIOALCOOL
161612/11/200912/11/2009
e chiudiamoli con tappi di plastilina nei e chiudiamoli con tappi di plastilina nei quali inseriamo delle cannucce.quali inseriamo delle cannucce.Poniamo i tre flaconi in una vaschetta Poniamo i tre flaconi in una vaschetta contenente acqua calda e attendiamo contenente acqua calda e attendiamo qualche minutoqualche minuto……
171712/11/200912/11/2009
paragonare per comprendere piparagonare per comprendere piùù a fondoa fondo
Il livello dei tre liquidi nelle cannucce non Il livello dei tre liquidi nelle cannucce non èèuguale !uguale !Da cosa dipende questo fatto ? Da cosa dipende questo fatto ? LL’’attenzione va posta su analogie e differenzeattenzione va posta su analogie e differenze
ΔΔVV = = κ κ VV00 ΔΔTT
ogni liquido si ogni liquido si dilatadilata in modo differentein modo differente a fronte a fronte della della stessastessa variazione variazione di temperatura partendo di temperatura partendo dallo dallo stesso volume inizialestesso volume iniziale !!
181812/11/200912/11/2009
Come si costruisce la scala Come si costruisce la scala termometrica ?termometrica ?
La linearitLa linearitàà della legge di dilatazione della legge di dilatazione permette di costruire una scala permette di costruire una scala suddividendo in parti uguali la distanza tra suddividendo in parti uguali la distanza tra due punti due punti
Punti fissi dellPunti fissi dell’’acqua ( i cambiamenti di acqua ( i cambiamenti di stato)stato)
191912/11/200912/11/2009
Misurare per conoscereMisurare per conoscere
Come si misura il calore?Come si misura il calore?con un con un ……
CALORIMETROCALORIMETRO
…… ma cosa ma cosa èè …… ??
Come si costruisce un calorimetro ?Come si costruisce un calorimetro ?
202012/11/200912/11/2009
212112/11/200912/11/2009
222212/11/200912/11/2009
cosa va osservato ?cosa va osservato ?
Il calore si disperde per lo scambio termico Il calore si disperde per lo scambio termico con lcon l’’ambiente (tendenza allambiente (tendenza all’’equilibrio)equilibrio)Costruire un sistema isolato necessita una Costruire un sistema isolato necessita una riflessione su come si propaga il calore nei riflessione su come si propaga il calore nei diversi materialidiversi materialiSi può schermare per riflessione Si può schermare per riflessione (alluminio) (alluminio) Lo strumento costruito Lo strumento costruito èè disomogeneodisomogeneo
232312/11/200912/11/2009
Come si usa lo strumento?Come si usa lo strumento?
Produrre uno scambio termico allProdurre uno scambio termico all’’internointerno
comprendere come avviene lo scambiocomprendere come avviene lo scambio
Il principio (modello) Il principio (modello) èè la legge della calorimetria la legge della calorimetria
Ora si può verificare la legge con un calorimetro Ora si può verificare la legge con un calorimetro delle mescolanze che non delle mescolanze che non èè pipiùù un oggetto un oggetto sconosciuto sconosciuto
242412/11/200912/11/2009
Misuriamo il calore scambiato Misuriamo il calore scambiato negli scambi con variazione di negli scambi con variazione di
temperaturatemperaturail calorimetro il calorimetro
delle mescolanze delle mescolanze
per verificareper verificare
una legge sempliceuna legge semplice
Patrizia Iotti
252512/11/200912/11/2009
la quantitla quantitàà di calore di calore ΔΔQ assorbito o ceduto Q assorbito o ceduto èè direttamente proporzionale alla direttamente proporzionale alla variazione della temperatura variazione della temperatura ΔΔTT
legge della calorimetria :legge della calorimetria :
ΔΔQ = C Q = C ΔΔTT
Patrizia Iotti
CAPACITA’TERMICA
262612/11/200912/11/2009
C = C = ccss m quindi m quindi ΔΔQ = Q = ccss m m ΔΔTT
Patrizia Iotti
CALORE SPECIFICO
… e cioè ?
Il calore specifico di una sostanza esprime la quantità di calore che si deve fornire ad 1 kg di tale sostanza per farne aumentare di 1k la temperatura.
La sua unità di misura è J / kg k
272712/11/200912/11/2009
Ma il calorimetro Ma il calorimetro èè davvero isolato?davvero isolato?
Il problema della taratura dello strumentoIl problema della taratura dello strumento
Un modello interessante Un modello interessante il calorimetro il calorimetro èè disomogeneo e allora disomogeneo e allora come misurare il calore che assorbe o come misurare il calore che assorbe o cede?cede?
282812/11/200912/11/2009
Ma cosa Ma cosa èè il calore?il calore?
Una nuova Una nuova domanda che trova domanda che trova risposta ancora in risposta ancora in un esperimento un esperimento
semplicesemplice
La cascata La cascata di piombodi piombo
292912/11/200912/11/2009
Il Il CALORECALORE èè una forma di una forma di ENERGIAENERGIAche passa da un corpo a temperatura che passa da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura maggiore ad uno a temperatura minoreminoreLa La TEMPERATURATEMPERATURA èè un indice dello un indice dello stato termico di un corpo e definisce in stato termico di un corpo e definisce in modo oggettivo le sensazioni di caldo e di modo oggettivo le sensazioni di caldo e di freddo.freddo.
Patrizia Iotti
303012/11/200912/11/2009
Come affrontare lCome affrontare l’’ attivitattivitààsperimentale?sperimentale?
Tentare di rispondere alla domanda iniziale, Tentare di rispondere alla domanda iniziale, tenendo presenti una serie di problemi:tenendo presenti una serie di problemi:
1.1. Passaggio dalla osservazione alla Passaggio dalla osservazione alla modellizzazionemodellizzazione e/o viceversa e/o viceversa
2.2. Modelli usatiModelli usati3.3. Problemi pratici di realizzazioneProblemi pratici di realizzazione
313112/11/200912/11/2009
Quali concetti ci sono dietro?Quali concetti ci sono dietro?
Cosa Cosa èè la temperatura (calore)la temperatura (calore)Cosa Cosa èè un termometro (calorimetro)un termometro (calorimetro)Scambi termici e loro effetti Scambi termici e loro effetti osservabiliosservabiliConcetto di equilibrio termico Concetto di equilibrio termico ProprietProprietàà dei corpi e delle sostanze ( dei corpi e delle sostanze ( capacitcapacitàà termica e calore specifico, termica e calore specifico, costante di dilatazione termica)costante di dilatazione termica)
323212/11/200912/11/2009
Quali obiettivi disciplinari ?Quali obiettivi disciplinari ?
Definizione operativa di temperatura e Definizione operativa di temperatura e calore scambiato calore scambiato Conoscenza delle leggi fisiche della Conoscenza delle leggi fisiche della termologiatermologiaConcetti di calore e temperatura e loro Concetti di calore e temperatura e loro relazioni negli scambi termicirelazioni negli scambi termici
333312/11/200912/11/2009
Il valore aggiuntoIl valore aggiunto
Uno strumento di misura Uno strumento di misura èè un oggetto un oggetto teoricoteorico
Uso consapevole degli strumenti di misuraUso consapevole degli strumenti di misura
Le leggi fisiche come modello matematico Le leggi fisiche come modello matematico dello strumento utilizzatodello strumento utilizzato
343412/11/200912/11/2009
In un percorso in laboratorio :In un percorso in laboratorio :a.a. Non dare mai risposte bensNon dare mai risposte bensìì invitare i ragazzi a invitare i ragazzi a
ricercare le risposte alle domande iniziali e che ricercare le risposte alle domande iniziali e che emergono nel percorsoemergono nel percorso
b.b. Non finire mai una lezione con una risposta, ma Non finire mai una lezione con una risposta, ma lasciare sempre una domanda (i ragazzi lasciare sempre una domanda (i ragazzi saranno stimolati a cercare risposte ed saranno stimolati a cercare risposte ed eventualmente a chiedere se la loro risposta eventualmente a chiedere se la loro risposta èè““correttacorretta””))
c.c. Invitare i ragazzi a ragionare sullInvitare i ragazzi a ragionare sull’’esperienza esperienza fatta per mettere in moto una modalitfatta per mettere in moto una modalitàà di di pensare.pensare.
353512/11/200912/11/2009
La fase di valutazione del lavoro deve La fase di valutazione del lavoro deve avvenire in un momento successivo al avvenire in un momento successivo al laboratorio .laboratorio .
In genere il questionario, o il compito In genere il questionario, o il compito deve essere preparato alldeve essere preparato all’’inizio, inizio, durante la progettazione iniziale per durante la progettazione iniziale per avere chiaro lo scopo.avere chiaro lo scopo.
363612/11/200912/11/2009
Altre ideeAltre ideecostruire un dinamometrocostruire un dinamometro
costruire una bilancia a costruire una bilancia a due bracci uguali due bracci uguali Buon lavoroBuon lavoro