Temperatura e dilatazione termica

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From the course by Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: meccanica, termodinamica

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Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: meccanica, termodinamica

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Il corso affronta le tematiche della meccanica e della termodinamica, fornendo le nozioni che risultano utili per affrontare insegnamenti di fisica di base, a partire dalla comprensione del metodo sperimentale per poi mostrare le grandezze fondamentali e loro relazioni in tali ambiti, imparando a identificarle, distinguerle e utilizzarle. Gli argomenti affrontati relativamente alla meccanica sono, divisi per settimane: · cinematica del punto materiale ed esempi di moti · dinamica del punto materiale ed esempi di forze · lavoro, energia, urti e gravitazione universale mentre per la termodinamica si ha · cinematica e dinamica dei liquidi ideali · temperatura, gas ideali, calore, macchine termiche ed entropia All’interno di ogni settimana si trovano video relativi a lezioni, esercizi ed approfondimenti su alcuni argomenti, nonché quiz a risposta chiusa allo scopo di fornire allo studente l’opportunità di un primo feedback di auto-valutazione. Ognuna delle tematiche si chiude poi con un quiz riepilogativo per verificare l’acquisizione delle nozioni presentate.

From the lesson

TERMODINAMICA

La termodinamica si occupa di studiare la relazione tra i fenomeni meccanici (visti in precedenza) e quelli termici (relativi al riscaldamento) del sistema, come nel caso di forze d'attrito; in particolare, la termologia è quella branca della termodinamica che studia la generazione e la propagazione del calore, una diversa una forma di trasferimento di energia utile a produrre i fenomeni termici. La termodinamica classica non tiene conto di come sia fatta la materia, ma cerca di derivarne le proprietà e relative leggi in base all’osservazione, senza tentare di darne una spiegazione, con un approccio empirico; nasce così ad esempio la definizione di temperatura. Come in precedenza per i liquidi ideali, verrà presentato il caso del gas ideale mostrandone le caratteristiche principali, possibili sue trasformazioni e alcune applicazioni quale l'uso in macchine termiche per la produzione di lavoro.

Temperatura e dilatazione termica4:08

Termometro e scale di temperatura5:23

Principio zero della termodinamica2:55

Dilatazione termica (Exe)2:55

Meet the Instructors

Maurizio Zani
Assistant Professor
Physics Department

Tutti noi abbiamo un concetto intuitivo di temperatura: sicuramente possiamo dire che

l'acqua che bolle è calda, che un cubetto di ghiaccio è freddo e che i cibi che mangiamo

sono generalmente tiepidi. Nonostante ciò, nel momento in cui cerchiamo di definire che

cos'è effettivamente la temperatura, ci troviamo in notevole difficoltà. Un modo per aggirare

questo problema è sicuramente quello di definire operativamente la temperatura, cioè trovare

un modo per misurare la temperatura. Nonostante ciò, ci accorgeremo che questa operazione

richiede ancora l'uso del concetto intuitivo di temperatura, nel modo in cui l'affronteremo

per definirla, e di alcune evidenze sperimentali, imprescindibili per poter procedere alla misurazione

della temperatura. Immaginiamo ad esempio, come prima evidenza sperimentale, di prendere

due corpi: un corpo A e un corpo B. Supponiamo questi due corpi a due temperature diverse;

le chiamerò T_A e T_B. Ad esempio, possiamo immaginare che T_A è > di T_B, nel

senso che A è caldo e B è freddo. Se tenuti separati, isolati da tutto il resto, il corpo

a rimarrà alla temperatura T_A e il corpo b alla temperatura T_B. Se però io fisicamente

li pongo in contatto, per esempio in questo modo, quindi qui è il corpo A e qui il corpo B,

e aspetto un tempo sufficientemente lungo, mi accorgerò alla fine che il sistema raggiungerà

una temperatura T. Per esempio, potrei immaginare che siano tiepidi tutti e due. La temperatura

T è < di T_A, in generale, e > di T_B, se per esempio il corpo B era freddo rispetto

al corpo A. Questa è un'evidenza sperimentale che dobbiamo tenere presente. Un'altra evidenza

sperimentale che può tornare utile nella misura della temperatura di un corpo è la

seguente: immaginiamo di prendere una bacchetta di un metallo; supponiamo che la temperatura

sia T_0 e la sua lunghezza l_0. La lunghezza e la profondità non ci interessano, immaginiamo

questo oggetto molto più lungo che largo e profondo. Se adesso cambio temperatura e

vado a rimisurare la lunghezza della bacchetta di metallo, mi accorgo che la lunghezza è

diversa da quella iniziale l_0. Dunque la variazione tra la lunghezza misurata alla

temperatura T meno la lunghezza iniziale l_0, diviso la lunghezza iniziale l_0, entro un

intervallo di temperature ragionevoli è pressoché lineare, proporzionale direttamente alla variazione

di temperatura, tramite un coefficiente α che dipenderà dal materiale che ho considerato;

e quindi, α*(T-T_0). Questa espressione ha un notevole interesse pratico e applicativo,

anche per quello che servirà per la definizione di temperatura. È dunque opportuno riportarla

nel formulario di termodinamica. Dunque, possiamo aggiungere che la regola di dilatazione dei

corpi segue questa legge: l alla temperatura T meno la lunghezza presa di riferimento,

sulla lunghezza di riferimento, è uguale ad α, coefficiente di dilatazione termica,

per T-T_0. L'abbiamo trovata per le lunghezze, ovviamente si può generalizzare anche per

variazioni di volume del mio sistema.

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