Esperienza

LA PROPAGAZIONE DEL CALORE

Il calore si propaga per conduzione nei solidi, per irraggiamento nel vuoto e per convezione nei liquidi nell’aria.
Argomento Esperimento I nostri disegni

Convezione

Attraverso la convezione il calore si trasmette con veri e propri spostamenti di materia, che sono detti correnti convettive.

 

Prendo un circuito simile a quello di un impianto di termosifoni; metto un tracciante (cristallo di sostanza colorata) all’interno del tubo che contiene acqua, e scaldo il tubo. Il tracciante si solleva dal fondo, sale e ridiscende dall’altra parte del tubo trascinato dall’acqua del fondo che scaldandosi si dilata, diventa più leggera e sale. Se dall’altro lato del tubo metto della carta bagnata per raffreddare l’acqua, questa ridiscende verso il basso, continuando in questo movimento finché tutta l’acqua si riscalda.

 

Irraggiamento

Il calore si propaga nel vuoto, nell’aria e nei materiali trasparenti per irraggiamento; i corpi si riscaldano perché, venendo colpiti dalle radiazioni termiche, assorbono il calore. L’irraggiamento è il meccanismo di propagazione del calore più veloce.

 

Prendo un’ampolla vuota e collegata ad un tubo nella parte centrale opaco e nelle parti estreme trasparenti. Nella parte finale fatta ad “U” mettiamo un tracciante; se scaldiamo l’ampolla l’aria contenuta in essa sale fino a far spostare il tracciante.

Se poi metto l’ampolla nell’acqua fredda il tracciante fa il movimento inverso e torna indietro

 

Solubilità

Tantissime sostanze solide, liquide e gassose vengono disciolte dall’acqua, perciò vengono dette solubili in acqua (es. zucchero, vino, anidride carbonica).

 

Prendo due contenitori trasparenti; riempio il primo di acqua calda, il secondo di acqua fredda e metto in ognuno del colorante. Posso osservare che nell’acqua calda le due sostanze si uniscono perfettamente (solubilità a caldo) mentre nell’acqua fredda il colorante non si unisce bene all’acqua (solubilità a freddo).

Da questo esperimento si capisce che il potere cresce con l’aumentare della temperatura, perché il calore aumenta la solubilità di un solido.

Per i gas invece la solubilità maggiore si ha a freddo

 

Conducibilità termica

La propagazione per conduzione non avviene in modo uguale in tutti i corpi: ogni sostanza ha, infatti, una diversa capacità di trasmettere il calore (conducibilità termica).

I corpi in cui il calore si propaga più facilmente vengono detti buoni conduttori; quelli in cui si propaga con difficoltà vengono detti cattivi conduttori.

 Tutti i metalli sono buoni conduttori, ma alcuni sono migliori di altri. Sono cattivi conduttori le sostanze aeriformi, il legno, il vetro, la lana, la plastica ecc...

 

Prendo un anello metallico al quale sono attaccate tre barrette, una di rame, una di ferro, una di alluminio, all’estremità delle quali c’è della cera (a 7 cm dal centro).

Se accendo una fiamma al centro dell’anello posso osservare che fonde prima la cera posta sulla barretta di rame, poi quella sull’alluminio e per ultima quella sul ferro, si capisce quindi che il migliore conduttore è il rame.

 

Aria e pressione atmosferica

La pressione è la forza che si esercita su una superficie per cm2. La pressione atmosferica è la pressione che esercita l’aria con il suo peso.

La pressione atmosferica varia con l’altezza poiché dipende dallo spessore d’aria che sovrasta la superficie terrestre. È massima al livello del mare e diminuisce via via che si sale in alto (es. a 2000 m di altezza la pressione diminuisce di circa 20%). In un fluido la pressione si avverte in tutte le direzioni (principio di Pascal) il primo che misurò la pressione atmosferica fu, intorno alla metà del 600, il fisico-matematico Torricelli.

 

Prendiamo una bacinella piena di mercurio e un tubo trasparente sempre pieno di mercurio, alto 1 metro largo un cm2 e aperto ad una estremità. Se capovolgiamo il tubo nella bacinella e lasciamo libera l’estremità aperta del tubo osserviamo che il mercurio scende e si riversa nella bacinella ma, arrivati  a 76 cm di altezza, si ferma.
Questo perché la pressione atmosferica che preme dall’alto sul mercurio della bacinella gli impedisce di scendere ulteriormente.
Questa pressione atmosferica, quindi, è uguale al peso che ha il mercurio che è contenuto in 76 cm di tubo. Poiché il mercurio contenuto in 76 cm di un tubo dalla sezione cm2 ha un volume di 76 cm3 e pesa 1,033 kg ( 1 cm3 di mercurio pesa 13,59 g circa quindi 13,59 x 76= 1,033 kg circa), possiamo dire che la pressione atmosferica che preme su ogni cm2 di superficie ha una forza pari a 1,033 kg.
 Questo valore, preso come unità di misura della pressione atmosferica (simbolo atm) 1 atm= 1033 g/cm2.