64) Calore e transizioni di fase

Riassunto / Abstract

Nel linguaggio di tutti i giorni temperatura e calore sono confuse tra di loro e questo rende difficile comprenderne la differenza. L’esperimento approfondisce il concetto di calore mostrando che uno scambio di calore non sempre determina una variazione di temperatura: esso può determinare un passaggio di stato come avviene nella evaporazione, nella condensazione e nella liquefazione.

Scheda sintetica delle attività

Questo esperimento è parte di un percorso articolato in più esperimenti rivolti all’approfondimento dei concetti di calore, di temperatura, della loro misura e delle loro relazioni. Gli altri esperimenti sono gli esperimenti 58-Fisica, 59-Fisica e 63-Fisica.
Esso è articolato in una sequenza di attività  di laboratorio, svolte tutte con l’utilizzo di materiali poveri e con riferimenti a situazioni reali, nelle quali viene mostrato che lo scambio di calore tra due corpi è generalmente associato alla variazione della loro temperatura. Vengono poi studiate alcune situazioni in cui lo scambio di calore non determina un aumento di temperatura ma un cambiamento di fase dell’acqua o di ghiaccio, introducendo il concetto di equilibrio tra fasi e di calore latente.
La scansione delle attività è ispirata alla metodologia delle cinque ” E”  (engage, explore, explain, elaborate, evaluate). 

Risorse necessarie

  • Contenitore di polistirolo con coperchio;
  • acqua;
  • fornello;
  • termometro; 
  • contenitore graduato;
  • pentolino; 
  • bilancia;
  • ghiaccio; 
  • sacchetto di plastica; 
  • vaso di vetro; 
  • fiammiferi; 
  • ghiacciolo.

Prerequisiti necessari

  • Conoscere le proprietà fondamentali della materia: massa, volume, densità e gli stati di aggregazione;
  • conoscere i meccanismi di propagazione del calore;
  • conoscere  il significato di pressione, energia cinetica e le leggi di conservazione:
  • conoscere il significato di temperatura e calore e le relative unità di misura;
  •  conoscere i fenomeni della dilatazione termica e della propagazione del calore.

Obiettivi di apprendimento

  • Conoscere il significato di capacità termica e calore specifico;
  • conoscere le caratteristiche dei cambiamenti di stato;
  • saper distinguere i diversi meccanismi che regolano i cambiamenti di stato;
  • saper formulare ipotesi relative a temperatura e calore in fenomeni osservati  nella vita quotidiana;
  • saper condurre esperimenti e trarne spiegazioni e conclusioni a ciò che si è osservato e sperimentato.

Dotazioni di sicurezza

Nessuna

Svolgimento

Viene proposta la realizzazione di alcune attività relative agli scambi di calore e alle transizioni di fase riportate nell’allegato Esperimenti  sui cambiamenti di stato.
Le attività proposte sono:

  • “Misurare la temperatura di equilibrio”, in cuisi misura la temperatura di equilibrio di due masse d’acqua, facendo notare come, per temperatura non eccessivamente elevate , lo scambio di calore, chiamato calore sensibile, si traduce necessariamente in una variazione di temperatura. Ma ciò  non è sempre vero! 
  •  “Massa d’acqua evaporata”, in cui si constata che allo assorbimento di calore da parte di acqua bollente non corrisponde un aumento di temperatura, ma l’evaporazione di parte dell’acqua. Si misura la massa d’acqua che rimane formulando domande e ipotesi sul fenomeno dell’evaporazione e condensazione. 
  • “La nebbia in barattolo”, in cui si esplora la formazione della nebbia come introduzione a chiarimenti sui cambiamenti di stato;
  • “Calore di fusione di un  ghiacciolo”, in cui si determina il calore latente di fusione del ghiaccio, misurando la quantità di calore che serve a sciogliere un ghiacciolo.

Bibliografia

  • Corsi L’Amaldi.blu e L’Amaldi.verde Zanichelli
  • Ruffo, Fisica: lezioni e problemi, seconda edizione di Lezioni di fisica, Zanichelli 2010;
  • Parodi, M. Ostili, G. Mochi Onori – L’evoluzione della fisica vol.2 p.278 (corso di fisica per il liceo scientifico) – Paravia


 Sitografia

Autori

Cantalupo Antonia

Schede / Allegati

Specifiche esperimento


Materia
Fisica
Classi a cui è rivolto
1° biennio
Tipologia di laboratorio
Povero
Reperibilità del materiale
Negozi specializzati, siti web
Materiale specifico
Fornello elettrico, termometro, bilancia, pentolino, vaso di vetro, contenitore con coperchio, sacchetto di plastica, fiammiferi, acqua, ghiaccio
Durata esperimento in classe
2 h
Capacità di bricolage/assemblaggio
Sì
Necessità lavorazioni meccaniche/elettroniche
No
Necessità PC per acqusizione/analisi dati
No
Necessità di uno smartphone
No
Parole chiave
Termodinamica
Termologia
Calore latente
Transizioni di fase

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