Il calore e i passaggi di stato Il calore e i passaggi di stato

Il calore e i passaggi di stato Il calore e i passaggi di stato

Obiettivi:

-

Distinguere tra calore e temperatura

-

Ricavare la legge fondamentale della calorimetria

-

Definire il calore specifico e la capacità termica di un corpo

-

Descrivere e riconoscere le modalità di propagazione del calore

-

Descrivere i passaggi di stato di una sostanza

Temperatura e calore Temperatura e calore



Ogni sistema tende spontaneamente a portarsi in equilibrio termico con l’ambiente che lo circonda

Questo accade anche se due corpi sono posti a contatto Esempi:

- Ponendo un oggetto (ad es. il termometro clinico) con il nostro corpo, dopo qualche minuto l’oggetto avrà la stessa temperatura del nostro corpo

- Se in un contenitore mescoliamo due masse d’acqua, una a temperatura t

e l’altra a temperatura t

con t

> t

dopo qualche minuto tutta l’acqua si porterà ad una temperatura intermedia tra t

e t

t

< t

< t

L’equilibrio termico L’equilibrio termico

t₁ < t_e < t₂

Questo e molti altri esempi ci permettono di affermare che:

Mettendo a contatto due corpi a temperature diverse, dopo un po’ di tempo, essi raggiungono una condizione di equilibrio termico.

Questo è un processo spontaneo e inevitabile.

Il concetto di calore Il concetto di calore



Domanda

Come spieghiamo questo fenomeno?



Risposta

Ricorriamo al concetto di calore.

Il calore è qualcosa che viene trasferito dal sistema all’ambiente o viceversa, a causa di una differenza di temperatura.

Nell’esempio precedente, diciamo che si è verificato un passaggio da calore dall’acqua a temperatura t₂ (quella più calda) all’acqua a temperatura t₁ (quella più fredda)

Il concetto di calore Il concetto di calore

Se la temperatura del sistema è superiore a quella

dell’ambiente il passaggio di calore avviene dal sistema all’ambiente.

Se la temperatura del sistema è inferiore a quella dell’ambiente il passaggio di calore avviene

dall’ambiente al sistema.

Se il sistema è formato da più corpi si verifica un

passaggio di calore dai corpi più caldi a quelli più freddi

fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.

Il concetto di calore Il concetto di calore

Nella vita quotidiana si possono avere due tipi di esigenze:

A volte bisogna fare in modo che il trasferimento di calore da un corpo ad un altro avvenga il più velocemente

possibile.

Esempi: una pentola poggiata su una piastra elettrica; un termosifone in una stanza etc…

Altre volte bisogna fare in modo che il trasferimento di calore da un corpo ad un altro avvenga il più lentamente possibile.

Esempi: una casa deve essere fatta in modo che il calore

interno attraversi le pareti molto lentamente; il cibo in un

thermos si deve raffreddare molto lentamente.

Che cos’è il calore?

Che cos’è il calore?

Non è semplice definire il calore.

Per molti secoli, anzi millenni, si è pensato al calore come a qualcosa di invisibile e di intangibile.

Fino all’inizio del XIX secolo si pensava che il calore fosse una sostanza particolare, una sorta di fluido, detto appunto fluido calorico.

Secondo questa teoria un corpo caldo contiene più fluido calorico di un corpo freddo.

Che cos’è il calore?

Che cos’è il calore?

Questo fluido però doveva avere una strana caratteristica:

Doveva essere una sostanza priva di peso, perché

l’esperienza ci dice che pesando lo stesso corpo quando è caldo e quando e freddo la massa non cambia.

La teoria del fluido calorico spiegava alcune cose come il trasferimento di calore da un corpo all’altro, ma all’inizio del 1800 si rivelò infondata.

Ci si accorse infatti che strofinando un corpo su un altro i due corpi si riscaldano per attrito e questa produzione di calore continua fino a quando si continua a strofinare. Si pensi alla punta di un trapano che deve perforare un pezzo di metallo.

E’ ovvio che se il fluido calorico fosse stato una sostanza dopo un po’ la produzione di calore deve terminare.

Che cos’è il calore?

Che cos’è il calore?

Si capì così che il calore che si produce per attrito è dovuto all’energia meccanica utilizzata per strofinare un corpo su un altro.

Dall’inizio dell’Ottocento la teoria del fluido calorico è stata abbandonata.

Oggi diciamo che il calore è energia in transito, cioè è il trasferimento di energia fra due corpi a differenti

temperature.

Questo trasferimento di energia avviene spontaneamente dal corpo a temperatura maggiore al corpo a temperatura minore e termina quando si raggiunge l’equilibrio termico, cioè quando i due corpi raggiungono la stessa temperatura.

Esercizi Esercizi



Un cubetto di ghiaccio è introdotto in una bibita a temperatura ambiente. Il corpo che cede calore è ____________ mentre quello che lo assorbe è __________



Dei cibi a temperatura ambiente sono riposti in frigorifero. Il corpo che cede

calore è ______________ mentre quello che lo assorbe è ___________

la bibita

il ghiaccio

l’insieme dei cibi riposti

il frigorifero

Esercizi Esercizi



Un blocco di legno e uno di piombo, dopo

essere rimasti per due ore nella medesima

stanza, vengomo messi a contatto. Durante

il contatto si verifica un trasferimento di

calore tra i due corpi? Perché?

La legge fondamentale della calorimetria La legge fondamentale della calorimetria



Sulla base di molti esperimenti progettati per studiare il riscaldamento dei corpi si è arrivati alla formulazione di questa legge (formula) che esprime la quantità di calore assorbita o ceduta da un sistema in funzione della variazione di temperatura che ne

consegue.

Δt m

c

Q   

La legge fondamentale della calorimetria La legge fondamentale della calorimetria

Δt m

c

Q   



Q = quantità di calore assorbito o ceduto da un corpo



m = massa del corpo



c = costante detta calore specifico che dipende dalla sostanza di cui è fatto il corpo



= è la variazione di temperatura



Il calore Q può essere positivo o negativo.



Per convenzione diciamo che Q è positivo quando il corpo assorbe calore

Δt

La legge fondamentale della calorimetria La legge fondamentale della calorimetria

Δt m

c

Q   

Per convenzione diciamo che Q è positivo quando il corpo assorbe calore

Ma se il corpo assorbe calore la sua temperatura finale sarà maggiore di quella iniziale e di

conseguenza sarà positivo

Se invece Q è negativo il corpo cede calore e quindi si raffredda, di conseguenza

sarà negativo

Δt

Δt

La legge fondamentale della calorimetria La legge fondamentale della calorimetria

Δt m

c

Q   

Che cosa ci dice questa legge?

Praticamente afferma che la variazione di

temperatura è direttamente proporzionale alla

quantità di calore assorbita o ceduta dal corpo ed è

inversamente proporzionale alla massa del corpo.

La legge fondamentale della calorimetria La legge fondamentale della calorimetria

Δt m

c

Q   

Il fatto che nel grafico venga una retta significa che le due grandezze Q e Delta-ti sono direttamente proporzionali

Maggiore è il calore specifico c e maggiore è la pendenza della retta.

Ciò significa che la sostanza rossa ha un calore specifico maggiore di quella blu

Per riscaldare di 10 °C la sostanza rossa occorre più calore di quello necessario per riscaldare sempre di 10°C la sostanza blu

La legge fondamentale della calorimetria La legge fondamentale della calorimetria

Δt m

c

Q   

Dalla formula principale si ricavano le formule inverse

Δt c

m Q

 

Δt m

c Q

 

m c

Δt Q

 

Unità di misura del calore Unità di misura del calore

Abbiamo detto che il calore non è altro che energia in transito.

Pertanto nel Sistema Internazionale il calore ha la stessa unità di misura dell’energia:

Joule (simbolo J ⁾

Molto usato è il kiloJoule un multiplo del Joule 1 kJ = 1000 J ossia 10

J

Nella pratica è ancora molto usata la caloria (simbnolo cal) che è l’unità di misura del Sistema Tecnico, non del S.I:

La caloria è la quantità di calore necessaria per far

aumentare la temperatura di 1 g di acqua distillata di

1°C (più precisamente per farla passare da 14,5 °C a

15,5 °C)

Unità di misura del calore Unità di misura del calore

La caloria è ancora usata soprattutto dai Termici ed anche dai Medici

Spesso sentiamo dire dai Dietologi e/o Dietisti che ad es. un gelato ha 150 calorie.

Attenzione!!!

Le calorie usate in Medicina sono in realta kilocalorie

1 kcal = 10

cal = 1000 cal

La kcal viene anche detta grande caloria e viene indicata con il simbolo Cal

Quindi se il gelato ha 150 Cal significa che ha 150.000 cal

cioè ha l’energia per riscaldare di 1°C 150.000 g (cioè 150

kg di acqua).

Trasformazione cal J Trasformazione cal J

Accurate misure eseguite in laboratorio hanno permesso di stabilire che:

1 cal = 4,186 J

Pertanto, per trasformare le calorie in Joule basta moltiplicare per 4,186

Esempi:

Tra due corpi vi è stato un trasferimento di calore pari a 840 cal. Quanto vale il calore espresso nell’unità di misura del SI ?

Risposta: 840 x 4,186 = 3516,24 J

Il dietologo afferma che 100 g di spaghetti al sugo di pomodoro contengono 450 Cal. A quanti Joule corrispondono?

450 x 1000 x 4,186 = 1.883.700 J

Trasformazione J cal Trasformazione J cal

Se 1 cal = 4,186 J 1 J = 1/4,186 J

Pertanto, per trasformare i Joule in calorie basta dividere per 4,186

Esempio:

A quante calorie equivalgono 9520 J ? Risposta:

9520: 4.186 = 2274 cal

= 2,274 kcal = 2.274 Cal

Il calore specifico Il calore specifico

Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore (espressa in J) che bisogna fornire ad 1 kg

della sostanza per far innalzare la sua temperatura di 1 K

La sua unità di misura nel SI è

Mentre nel sistema pratico (sistema tecnico)

Il calore specifico è una caratteristica intrinseca della sostanza

K kg

J



C g

cal





Il calore specifico

Il calore specifico

La capacità termica La capacità termica

E’ evidente che fornendo la stessa quantità di calore (ad es. 1000 J) a due corpi diversi, questi subiscono

incrementi di temperatura diversi.

Si definisce capacità termica (e si indica con il simbolo C) di un corpo la quantità di calore che

deve essere fornita a quel corpo per aumentare la sua temperatura di un grado.

La capacità termica è definita come il prodotto del calore specifico della sostanza per la massa del corpo:

La sua unità di misura nel SI è J/K

m c

C  

La legge fondamentale della calorimetria La legge fondamentale della calorimetria

Δt m

c

Q   

Δt c

m Q

 

Δt m

c Q

 

m c

Δt Q

 

A questo punto conosciamo il significato di ciascun termine della legge fondamentale della calorimetria. Possiamo eseguire esercizi.

Esercizi Esercizi

 Un blocchetto di rame della massa di 100 g e alla

temperatura ambiente di 15 °C assorbe 500 J di calore.

Calcolare la sua variazione di temperatura e la temperatura finale al termine del riscaldamento.

 Poiché dobbiamo calcolare la variazione di temperatura, la formula da usare è

 Utilizziamo le unità di misura del SI: la massa deve essere in kg, il calore in J, il calore specifico in J/(kg K)

 Pertanto:

 100 g = 0,1 kg

 Dalla tabella ricaviamo c = 379 J/(kg K)

m c

Δt Q

 

C 13,19

K 19

, kg 13

0,1 K)

J/(kg 379

Δt 500J   



 

C 28,19

C 13,19

C 15

t

t



  t      

Esercizi Esercizi

 Il valore energetico di 200 ml di latte fresco pastorizzato è di circa 128 Cal. A quanti Joule corrisponde?

 Poiché sono grandi calorie, cioè kcal bisogna fare:

 128 x 1000 x 4,186 = 535 808 J

 Il calore specifico dell’acqua è 4186 J/(kg K). Quanto calore deve assorbire un chilogrammo di acqua per passare da 15 °C a 16 °C ?

Esercizi Esercizi

 Calcolare la capacità termica dell’acqua di una piscina di sezione rettangolare di dimensioni 25 m x 10 m x 2 m

 Per calcolare la capacità termica bisogna usare la formula

 Ci calcoliamo innanzitutto il volume di acqua:

 25 m x 10 m x 2 m = 500 m³

 Sapendo poi che la densità dell’acqua è di 1000 kg/m³ ci calcoliamo la massa

 Essendo il calore specifico dell’acqua pari a 4186 J/(kg K)

kg 000 500

m m 500

1000 kg₃ ³ 





 d V m

m c

C  

kg 000 K 500

kg 4186 J m

c

C 

 



 K

000 J 000

093

 2

Il calorimetro Il calorimetro

 Il calorimetro è lo strumento che serve per misurare la quantità di calore assorbita o ceduta da un corpo.

 Il tipo di calorimetro più diffuso è quello ad acqua.

Se si conosce la massa d’acqua nel

calorimetro, la

temperatura iniziale e quella finale si

misurano con il

termometro, il calore specifico dell’acqua è noto, applicando la formula

si ricava il calore Q

Δt m

c

Q   

Il calorimetro Il calorimetro

 Esempio

 In un calorimetro ad acqua ci sono 1725 g di acqua.

 La temperatura iniziale dell’acqua, misurata con il termometro è di 12,5 °C.

 Immergiamo nell’acqua del calorimetro un oggetto di ferro alla temperatura di 80 °C.

 Sapendo che dopo qualche minuto la temperatura dell’acqua ha raggiunto i 16,8 °C, calcolare il calore ceduto dal corpo di ferro all’acqua.

 Svolgimento

 Ricaviamo

K 4,3 C

4,3 5

, 12 8

, 16 t

t

t 



    

 Δt m

c

Q    1,725 kg 4,3 K

K kg

4186 J  

   31 050 J

La propagazione del calore La propagazione del calore



Il trasferimento del calore da un corpo ad un altro può avvenire secondo tre modi diversi:



per conduzione



per convezione



per irraggiamento



Nel trasferimento di calore da un corpo ad un

altro si può verificare uno solo di questi tre

meccanismi, due insieme o anche tutti e tre

insieme.

La conduzione La conduzione

 L’esperienza ci dice che esistono buoni conduttori di calore e cattivi conduttori di calore.

 Riusciamo ad esempio a tenere in mano un fiammifero acceso senza scottarci.

 Non riusciamo invece a tenere in mano uno spillo se la punta è investita da una fiamma

 Se tocchiamo il piano del banco non proveremo una sensazione di freddo. Se invece tocchiamo la struttura metallica ci sembrerà

freddo, più freddo del piano ligneo.

 Sappiamo invece che la temperatura sia del piano che della struttura metallica è la stessa, ed è proprio uguale a quella dell’aria dell’aula.

La conduzione La conduzione



Proviamo la sensazione di freddo perché i metalli sono buoni conduttori di calore e dunque il calore che con la nostra mano a 37°C trasferiamo al metallo (circa 20°C) subito si disperde, fluisce nell’intera massa.



Al contrario, toccando il legno, cattivo conduttore, il calore fornito dalla nostra mano resta nelle immediate

vicinanze della mano stessa, e dunque la temperatura della porzione di legno a contatto con la mano inizia a crescere, avvicinandosi piano piano ai 37°C.



Il parametro fisico che tiene conto di questa caratteristica

di una sostanza prende il nome di conducibilità termica

La conducibilità termica La conducibilità termica

 La conducibilità termica è una caratteristica propria di ogni sostanza, dipende dalla struttura molecolare.

L’unità di misura della

conducibilità termica nel S.I. è W/(m K)

In genere i metalli sono buoni conduttori di calore .

Il legno, il vetro, il sughero sono cattivi conduttori.

L’aria è un pessimo conduttore di calore.

La conduzione La conduzione



La conduzione è il meccanismo di propagazione del

calore, senza spostamento di materia, che avviene per contatto tra corpi a temperature diverse o tra parti di uno stesso corpo non in equilibrio termico

Consideriamo una lastra (parete) di sezione (cioè area) S e di spessore

l,

temperatura maggiore a quella a temperatura minore.

Il calore che attraversa la parete viene calcolato con la formula proposta

all’inizio del 1800 dal matematico francese Fourier

La conduzione La conduzione l

t T

S

Q  k    

k = conducibilità termica [W/(m K)]

S = area della sezione [m²]

ΔT

l

Questa formula ci dice che il calore che attraversa una parte è direttamente proporzionale alla conducibilità termica, alla

sezione, alla differenza di temperatura tra le due facce, al tempo, ed è inversamente proporzionale allo spessore.

La conduzione La conduzione l

t T

S

Q  k    

Nella figura a fianco è possibile osservare l’andamento della

temperatura tra le due facce.

In rosso la temperatura della faccia più calda, in blu quella della faccia più fredda.

La conduzione La conduzione l

t T

S

Q  k    

Esercizio

Calcolare il calore disperso in un’ora attraverso una parete di legno larga 3,50 m ed alta 2,70 m, di spessore 20 cm, quando la temperatura interna è di 20°C e quella esterna di 3°C

Svolgimento

Calcoliamo la sezione: S= 3,50 m x 2,70 m = 9,45 m² La conducibilità del legno è k = 0,3 W/(m K)

ΔT = 20 – 3 = 17°C t = 3600 s

l = 20 cm = 0.20 m

La conduzione La conduzione l

t T

S

Q  k    

Pertanto

l

t T S

Q  k    

0,20m

3600s K

17 9,45m

K) (W/m

0,3 

  



= 867510 J = 207240 cal = 207 kcal

La convezione La convezione

 La convezione è il meccanismo di trasferimento di calore accompagnato da spostamento di materia.

 Interessa i fluidi (sia liquidi che gas)

 Non interessa i solidi, dove non è possibile lo spostamento di materia.

Il principio che sta alla base della convezione è il principio di Archimede che recita:

Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso di fluido spostato.

In sostanza un qualsiasi oggetto (anche una porzione di liquido) immerso in un fluido (anche lo stesso liquido) è sospinto verso l’alto. La spinta è tanto maggiore quanto

maggiore è la differenza di densità tra il fluido e il corpo che viene spinto

La convezione La convezione

Le molecole di acqua a contatto con la piastra

riscaldata dalla fiamma si dilatano, si riducono di

densità e per il principio di Archimede sono sospinte verso l’alto. Le molecole in alto essendo rimpiazzate da quelle che salgono sono

costrette a scendere.



Si creano così delle correnti conventtive

Queste correnti sono evidenti se nell’acqua si introducono dei semi di limone o di arancia. Mentre l’acqua si riscalda i semi tendono a salire trascinati da queste correnti convettive.

La convezione La convezione

Nei fluidi la modalità principale di

propagazione del calore è la

convezione.

Essa è sempre

accompagnata da uno spostamento di

materia.

Attenzione! La convezione interessa sia i liquidi che i gas.

L’aria nella mongolfiera viene riscaldata dalla fiamma, diventa più leggera e sale verso l’altro trascinando con sé il

pallone.

L’irraggiamento L’irraggiamento



L’energia che ci arriva dal sole ci raggiunge grazie all’irraggiamento.



L’irraggiamento consiste nell’emissione di onde elettromagnetiche (radiazioni) che si propagano anche nel vuoto.



Le onde elettromagnetiche infatti non hanno bisogno di un mezzo materiale per

propagarsi.

L’irraggiamento L’irraggiamento

 Quando una radiazione colpisce un corpo essa viene:

 - in parte assorbita

 - in parte trasmessa (se il corpo è trasparente)

 - in parte riflessa

 Quella parte di radiazione assorbita dal corpo ne provoca il riscaldamento.

 Non solo il sole emette radiazioni ma tutti i corpi (anche il nostro corpo).

 In genre più alta è la temperatura di un corpo, maggiore è la quantità di radiazioni emesse.

 Gli oggetti caldi come il fiammifero o il filamento di una lampadina emettono radiazioni visibili all’occhio umano.

 Oggetti più freddi come il corpo umano, emettono radiazioni nel campo dell’infrarosso

L’irraggiamento L’irraggiamento

 Se riscaldiamo un pezzo di metallo, osserviamo che verso i 1000 °C si colora di rosso, poi di giallo verso i 1600°C e infine di bianco oltre i 1900°C.

 Mentre sopra i 1000°C il corpo emette radiazione visibile all’occhio umano, al di sotto di questa radiazione emette radiazione infrarossa.

 La quantità di energia che un corpo assorbe quando è colpito da radiazioni elettromagnetiche dipende molto dallo stato della sua superficie:

 - è minima se essa è chiara e lucida;

 - è massima se è nera

 Questo è il motivo per cui d’estate è preferibile vestire con abiti chiari.

Effetto serra Effetto serra

 Ci sono materiali come il vetro ed alcune plastiche (cellofan, nylon etc..) che sono trasparenti alle radiazioni visibili, mentre sono

opachi per le radiazioni infrarosse.

 Essi vengono sfruttati nella costruzione delle serre.

I raggi del sole attraversano con facilità il vetro e vengono assorbiti dalla pianta.

La pianta essendo un corpo a temperatura minore dei 1000°C emette radiazione

infrarossa.

Ma la radiazione infrarossa non riesce ad attraversare facilmente il vetro e dunque resta intrappolata nella serra.

La temperatura all’interno della serra aumenta.

Se non ci fosse il vetro l’energia ricevuta dal sole sarebbe all’incirca uguale a quella emessa sotto forma di infrarossi.

Il bilancio energetico della Terra Il bilancio energetico della Terra

 Non tutta l’energia che parte dal Sole arriva fino alla superficie della Terra.

 Al suolo ne arriva quasi la metà.

 Il resto viene assorbito e riflesso dalle nubi.

Il bilancio energetico della Terra Il bilancio energetico della Terra

 La parte di radiazione che raggiunge il suolo terrestre (e quindi anche gli oceani) riscalda i corpi sulla Terra.

 I corpi caldi però, acqua, terreno, oggetti, a loro volta emettono radiazione infrarossa (essendo ad una temperatura inferiore ai 1000°C.

 Questa radiazione infrarossa, in condizioni normali, attraversa l’atmosfera ed abbandona la Terra.

 In definitiva, in condizioni normali, l’energia emessa dalla Terra sotto forma di infrarossi è all’incirca uguale a quella ricevuta dal Sole.

 Il bilancio energetico è in pareggio, altrimenti la Terra dovrebbe riscaldarsi sempre di più.

La presenza dei gas serra La presenza dei gas serra

 Abbiamo visto come, in condizioni normali, il bilancio energetico della Terra è in pareggio.

 Esistono però gas, come l’anidride carbonica (CO2 ) che hanno un comportamento simile al vetro o al cellofan.

 L’anidride carbonica si lascia attraversare facilmente dai raggi solari, ma risulta opaca ai raggi infrarossi.

 L’aumento della concentrazione di CO2 provocato dai processi di combustione dovuti alle attività umane ha l’effetto di far innalzare la temperatura media del pianeta Terra.

 Non sappiamo ancora quali saranno le conseguenze ma le prime avvisaglie sembrano portarci verso la catastrofe…

I passaggi di stato I passaggi di stato

Si definiscono passaggi di stato le trasformazioni fisiche della materia che fanno mutare il suo stato di aggregazione.

I passaggi di stato I passaggi di stato

 Molte sostanze fondono (e solidificano) ad un preciso valore della temperatura detto punto di fusione (o di solidificazione).

 Si definisce calore latente di fusione (o di solidificazione) la quantità di calore necessaria per fondere completamente 1 kg di sostanza che si trova alla temperatura di fusione.

Il calore latente Il calore latente

 Perché durante il passaggio di stato la temperatura resta costante?

 Perché il calore che altro non è se non energia serve per

“rompere” i legami tra le varie molecole della sostanza.

Latente significa nascosto.

In passato, quando non si

conosceva ancora il fenomeno, si pensava che il calore fornito durante il passaggio di stato rimanesse nascosto nel corpo.

La curva di riscaldamento La curva di riscaldamento

 Anche durante il passaggio da liquido a gas la temperatura rimane costante.

 La quantità di calore necessaria per rompere i legami tra le molecole prende in questo caso il nome di calore latente di vaporizzazione (o di condensazione).

Il calore fornito ad una sostanza che si trova allo stato solido provoca dapprima la fusione

(primo pianerottolo) e poi la vaporizzazione (secondo pianerottolo).

Calore latente di fusione e di vaporizzazione Calore latente di fusione e di vaporizzazione

L’unità di misura del calore latente è J/kg

Esercizio Esercizio

 Un pezzo di ferro di massa 200 g si trova a 15°C. Quanto calore bisogna fornirgli per farlo fondere completamente?

 Svolgimento

 Nella prima fase il ferro deve passare da 15°C al

 punto di fusione che è di 1530°C

 Per fare questo dobbiamo fornire un calore Q tale che

 A questo punto il pezzo di ferro è pronto per la fusione. Ma occorre fornire il calore necessario per “rompere” i legami tra le molecole.



 In totale quindi occorre un calore

t m

c

Q₁    440 0,2kg (1530 C 15 C) C

kg

J     



  133320 J

m Q

Q₂  _f  0,2 kg kg

142 J

272 

  54 428 J

J 748 187

J 428 54

J 320

2 133

1    

 Q Q Q_TOT

Esercizio Esercizio

 Le leggi della fusione e della solidificazione finora

presentate descrivono bene il comportamento delle sostanze solide di tipo cristallino.

 La loro modalità di fusione viene detta fusione brusca

perché ciascuna sostanza fonde ad una temperatura precisa.

 Quanto maggiore è il grado di purezza di una sostanza tanto maggiore è la precisione della temperatura di fusione.

 Esistono invece sostanze amorfe (= senza forma) come la cera, il burro che se riscaldate rammolliscono finchè si

fondono.

 Per queste sostanze tuttavia non è possibile individuare una temperatura di fusione precisa. Questo tipo di fusione è detta fusione pastosa.

 Attenzione!!! Anche il vetro è una sostanza amorfa perché non ha un punto di fusione preciso.

La vaporizzazione La vaporizzazione

 La vaporizzazione è il passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme.

 Può avvenire secondo due modalità:

 1) evaporazione

 2) ebollizione

Evaporazione Evaporazione

 L’evaporazione interessa soltanto le molecole superficiali di un liquido.

 Interessa tutti i liquidi.

 Avviene a qualunque temperatura, ma maggiore è la temperature e più veloce è il fenomeno.

 Alcune sostanze evaporano molto facilmente (ad es.

l’alcool etilico), altre meno facilmente (acqua.)

 In un liquido le molecole non sono fisse, ma sono soggette ad uno stato di agitazione termica.

 Se alcune molecole acquistano una velocità elevata,

possono vincere le forze di attrazione che le tengono legate alle altre molecole e sfuggire nell’aria.

Ebollizione Ebollizione

 L’ebollizione interessa tutte la massa di un liquido.

 Interessa tutti i liquidi.

 Avviene in modo tumultuoso.

 Per ogni liquido ad una determinata pressione esiste una precisa temperatura di ebollizione che prende il nome di punto di ebollizione.

 Attenzione!!! Il punto di ebollizione dipende dalla pressione.

 L’acqua bolle a 100°C quando la pressione dell’aria è di 1 atmosfera. Ciò si verifica a livello del mare.

 A Potenza la pressione è inferiore ad 1 atm e l’acqua bolle a circa 98°C.

 Sul monte Bianco l’acqua bolle a circa 80°C.

Il quarto stato: il plasma Il quarto stato: il plasma

 Mentre sul nostro pianeta la materia si manifesta nei tre stati di

aggregazione, nell'universo essa si trova ampiamente diffusa anche in un quarto stato, quello di plasma

 La trasformazione da stato gassoso a plasma avviene somministrando energia ad un gas; la trasformazione inversa si attua sottraendo

energia al plasma.

Il quarto stato: il plasma Il quarto stato: il plasma

 Nello stato di plasma non esiste più il legame molecolare (per un gas biatomico come Azoto ed Idrogeno), nè il legame atomico (per un gas monoatomico come Argon ed Elio).

 Gli atomi, per la perdita di uno o più elettroni, si scindono in ioni con una o più cariche positive ed elettroni (fenomeno di ionizzazione

atomica).

 La trasformazione da stato gassoso a plasma avviene somministrando energia ad un gas; la trasformazione inversa si attua sottraendo

energia al plasma.

 Le stelle, il sole, i fulmini sono nello stato di plasma.

 Anche all’interno di un tubo fluorescente (neon) c’è plasma.