Calore e temperatura

  1. Rivisitare gli argomenti trattati a lezione
  2. Studiare le esperienze presentate a lezione e descritte
    1. nel documento Calore e temperatura
    2.  nelle sceneggiature Calore e temperatura
  3. Lavorare con l’applet
    1. Forme e trasformazioni di energia 
  4. Realizzare esperimenti descrivendo con parole, tabelle, grafici, foto (o video) procedure e risultati includendo osservazioni sulla gestione didattica delle attività proposte e inviare il materiale prodotto all’indirizzo les.interaction@gmail.com. Il materiale inviato sarà pubblicato in questa sezione
  5. Partecipare alla discussione con proprie osservazioni e commenti utilizzando la sezione apposita

Esperimenti sul riscaldamento dell’acqua di Chiara Spedaliere 

Costruzione del termometro di Chiara Spedaliere 

5 commenti:

  1. Chiara Spedaliere

    Tutto ciò che circonda un sistema e può influenzare e modificare le sue proprietà costituisce l’ambiente. In fisica si chiama sistema l’oggetto o l’insieme degli oggetti che si intende esaminare. Un sistema chiuso scambia energia ma non materia, come nel caso di una bombola di gas, della Terra, di una bottiglia di spumante, del tablet, delle confezioni alimentari ermeticamente chiuse (tetrapak), di una bibita fredda in lattina e dell’acqua nell’acquario. Invece, un sistema aperto scambia materia ed energia con il suo ambiente. Vari esempi sono: gli esseri viventi, l’acqua nella pentola sul fuoco, la compressa effervescente che si scioglie in un bicchiere d’acqua, il ciclo dell’acqua, i mezzi di trasporto, gli animali e la frutta. Un sistema isolato, infine, è un sistema che non interagisce in alcun modo con l’ambiente circostante, infatti non ha alcuno scambio né di materia né di energia, come nel caso del thermos.

    Parte delle applet sul calore e la temperatura presenti sul sito vascak.cz sono a mio avviso complesse da capire. Se dovessi fare un confronto delle applet viste e usate finora tra il sito phet.colorado.edu e il sito vascak.cz preferirei di gran lunga il primo, poiché mi sembra che sia fruibile anche per coloro che risultano essere poco pratici nel campo della fisica, soprattutto i bambini. Tra le applet sul calore e la temperatura provate sul sito vascak le più difficili a mio avviso sono due: “equivalente meccanico del calore” e “calorimetro”. Per quanto riguarda le altre applet, non ho avuto nessuna difficoltà. Sono state semplici da utilizzare e capire. Da futura docente, però, se dovessi scegliere la metodologia più efficace affinché possa avvenire un apprendimento significativo sceglierei il learning by doing svolgendo esperimenti pratici. È pur vero che la precisone e l’esattezza di un valore nell’esperimento pratico sono difficili da ottenere, ma in ogni caso ritengo che esperire sia fondamentale per la comprensione dei concetti basilari della fisica, soprattutto nella scuola primaria. Le applet le utilizzerei come approfondimento o come potenziamento dei concetti appresi. Invece, per la scuola secondaria di primo grado, introdurrei sin da subito le applet, perché sono un ottimo strumento per avvicinare i ragazzi al mondo della fisica in maniera più concreta.

    Come precedentemente detto, gli esperimenti sono fondamentali quando si parla della fisica. Io, in prima persona, mi sono messa alla prova realizzando degli esperimenti sul calore e la temperatura. Devo dire che è stato davvero formativo poiché ho dovuto tradurre la teoria in pratica e non è sempre così semplice come si può pensare. Dietro ogni esperimento c’è tanto ragionamento e impegno. Mettermi alla prova è stato importante perché è ciò che dovrò fare quotidianamente con i miei allievi quando insegnerò.

  2. ilarj.tomaiuolo

    Dopo aver dato una lettura al materiale relativo al calore ed alla temperatura ed aver giocato con le applet, ho compreso ancor meglio che due oggetti, pur ricevendo la stessa quantità di calore, possono avere temperature diverse: interessante vedere come, a parità di fiamma, l’acqua raggiunge massimo 100° e poi evapora, mentre l’olio, il mattone ed il ferro raggiungono una temperatura altissima e ci mettono un sacco di tempo per raggiungere il punto di fumo o fondere. Il calore, infatti, è un’energia che si trasmette, mentre la temperatura non è un’energia ma una caratteristica del sistema, che si modifica a causa della variazione di calore. Il calore può trasmettersi in vari modi e, insieme ad esso, si può disperdere materia: per questo ho analizzato alcuni sistemi che ho a casa (per “sistema” si intende un oggetto o un insieme di oggetti separato in qualche modo dall’ambiente circostante, come: un pezzo di metallo, una pentola con dell’acqua, un bicchiere con del ghiaccio, ecc. Nei sistemi l’energia totale è data dalla somma delle energie presenti).
    I sistemi possono scambiare energia e materia con l’ambiente:
    -il sistema vasca da bagno+ acqua bollente scambia sia energia (calore), che materia (vapore) con l’aria attorno, e quindi è un sistema aperto;
    -il sistema borsa dell’acqua calda + acqua scambia energia (calore) con la pelle e l’aria all’esterno, ma non scambia materia (l’acqua resta tutta dentro), quindi è un sistema chiuso;
    -il sistema vaschetta di polistirolo + gelato non scambia nè materia nè energia con l’ambiente (il gelato si mantiene fresco all’interno e non esce fuori): per questo è un sistema isolato.

  3. ilarj.tomaiuolo

    Ho utilizzato l’applet “forme e trasformazioni di energia” e ho notato che, collegando i fornelli e inserendo i termometri in acqua e olio, la temperatura dell’olio sale di più e più velocemente di quella dell’acqua, che invece si ferma a 100°C e poi evapora. Siccome la quantità di calore è uguale e la massa dei liquidi anche, si deduce che è la sostanza a fare la differenza: è come se l’olio fosse in grado di trattenere più calore prima di bruciare, quasi come se si trattasse si un miglior conduttore termico. Verifico allora quello che succede col ferro, e noto che anche in questo caso la temperatura del ferro sale un po’ più velocemente, e quando l’olio inizia a bruciare, al ferro non succede nulla (mi sarebbe piaciuto vedere il ferro che diventa rosso, come succede realmente). Si deduce che il ferro conduce meglio dell’olio, così come il mattone. Più che di conducibilità. bisognerebbe parlare di calore specifico e capacità termica: l’acqua ha un grande calore specifico, perchè a parità di calore rispetto alle altre sostanze, la sua temperatura sale massimo a 100°C. L’olio, invece, ha un basso calore specifico, perchè a parità di calore la sua temperatura aumenta tantissimo. Il ferro ha un calore specifico ancora più basso, perchè la sua temperatura aumenta e ci vuole molto tempo perchè si fonda.

  4. Molto interessanti le discussioni sul rapporto tra simulazione-animazione ed esperimento. Le osservazioni che abbiamo già fatto sul processo di modellizzazione sui fenomeni meccanici, possono essere riprese, per i fenomeni termici, facendo riferimento ai concetti chiave e ai principi della termodinamica. Le esperienze condotte a casa con materiale di uso comune, i cui risultati sono stati confrontati con quelli svolti in classe con strumentazione di laboratorio e con le animazioni delle applet, danno l’opportunità di riprendere con maggiore consapevolezza argomenti trattati a lezione e nelle esercitazioni. Occorre parlarne nel prossimo incontro. Al momento vorrei anticipare alcuni argomenti che tratteremo:

    -nei processi di riscaldamento di un oggetto occorre riferirsi alla massa e non al volume (ricordarsi di capacità termica e calore specifico) e anche se non abbiamo insistito su questo aspetto ci riferiamo ad un modello in cui la pressione resta costante;

    -il calore specifico dell’acqua è circa il doppio di quello dell’olio e circa dieci volte quello del ferro. Nel nostro modello, la quantità di calore che occorre fornire nel riscaldamento dipende dalla massa e dal calore specifico e non dalla conducibilità termica;

    -nei processi di riscaldamento dell’acqua nella pentola occorre considerare che il calore fornito porta ad un incremento di temperatura sia dell’acqua che della pentola e quindi occorre tener conto, nei confronti, anche della capacità termica della pentola soprattutto se si usano pentole diverse;

    -il fenomeno dell’evaporazione è presente durante tutto il riscaldamento (dipende dalla temperatura) anche se diventa più evidente all’ebollizione;

    -in un termometro ben fatto la variazione di volume è da riferirsi al fluido termometrico e non all’aria.

    Invitiamo altri a cimentarsi con la realizzazione di esperimenti a casa e a riflettere sul modo in cui le simulazioni e la teoria li rappresentano.

    La redazione

  5. mariacarolina.mattera

    Le applet del sito vascak.cz, come ha riferito Chiara Spedaliere nei commenti precedenti, sono piuttosto complesse da capire; presuppongono uno studio e una comprensione già consolidata dell’argomento (in particolare per il calorimetro e la trasmissione di calore per irraggiamento). Inoltre, ho trovato anche molte limitazioni rispetto a quelle presenti sul sito phet colorado, come ad esempio la possibilità di modificare le variabili, mettere pausa, ripartire da un momento specifico.
    Osservando l’ambiente circostante ho individuato i seguenti sistemi:
    a) sistemi aperti: asciugacapelli con ingresso e uscita di aria + conversione di energia elettrica in meccanica e infine in energia termica; motore acceso di un’automobile con combustione di una miscela di carburante (benzina, gasolio, metano etc) e un comburente (ossigeno nell’aria) + trasformazione di energia chimica in energia meccanica trasmessa alle ruote motrici; pentola senza coperchio con ebollizione ed evaporazione di acqua + trasformazione di energia termica in energia meccanica e termica; lavatrice, esseri viventi (uomo, piante, animali, frutti…) …
    b) sistemi chiusi: capovolgimento della clessidra, bottiglia con il tappo, pentola con il coperchio (esempio: pentola a pressione), recipienti ermeticamente chiusi; lampadine;
    c) isolati: thermos ne può costituire un esempio approssimabile perché dissipa energia
    abbastanza lentamente; coperta termica.

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