Guida completa alle grandezze fisiche e alle unità di misura

La chimica è la disciplina che studia la composizione, la struttura, le proprietà, le caratteristiche e le trasformazioni della materia ovvero ciò che è caratterizzato da un volume.Quotidianamente capita di assistere a reazioni chimiche e di avere a che fare con di verse sostanze chimiche. Sono esempi un chiodo che arrugginisce, una pastiglia che si soglie in acqua e molto altro.

Misurazione e unità di misura

La temperatura e il volume sono le principali grandezze fisiche, in quanto si possono misurare, cioè messe a confronto con un riferimento chiamato grandezza campione.

Una grandezza si dice intensiva quando non dipende dalle dimensioni del corpo ma è caratteristica della sostanza che costituisce l'oggetto.

Si dice estensiva quando dipende dalle dimensioni del corpo ed è dunque caratteristica dell'oggetto.

L'unità di misura è il riferimento di valore unitario che permette di misurare una grandezza. Per effettuare una misurazione rapportiamo la grandezza e l'unità di misura prese in considerazione.La scelta dell'unità di misura è arbitraria. Tuttavia per evitare fraintendimenti sono nati sistemi di misurazioni costituiti da grandezze di cui sono state scelte determinate unità di misura. Nel 1960, infatti, gli scienziati dei Paesi industrializzati un sistema di misura che definirono il Sistema Internazionale di Misura (SI)in cui le grandezze sono anche note come fondamentali. In tale sistema tutte le alte grandezze si dicono derivate che si ottengono a partire da quelle fondamentali.

Notazione scientifica e sensibilità

Per scrivere la misura di oggetti molti grandi o molto piccoli spesso è più utile riportare la misura in forma esponenziale avvalendosi della notazione scientifica usando la cifra intera moltiplicata per 10 elevato alla potenza che si otterrà. E' possibile, inoltre, anche l'uso di determinati prefissi che indicano i multipli e i sottomultipli delle unità di misura. Un esempio è 2 milionesimi che può diventare 2x10-6 s.

Cifre significative e arrotondamenti

Ogni volta che misuriamo una grandezza utilizziamo uno strumento che a seconda dell'uso ha un propria sensibilità. Quest'ultima corrisponde alla più piccola variazione della grandezza fisica che lo strumento è in grado di rilevare. Ad esempio se un righello riporta solo i centimetri mentre su un altro righello compaiono anche i millimetri, il primo è quindi meno sensibilità poichè il suo intervallo minimo è 1cm quando nel secondo è 1mm. Ogni misura è costituita da un numero ben determinato di cifre, dette cifre significative, e da una cifra incerta che dipende dalla sensibilità dello strumento utilizzato. Sono significative tutte le cifre:

- Diverse da zero (es. 4,5 g)

- Uguali a zero che compaiono tra due cifre diverse da zero (es.5,082 kg)

- Uguali a zero che compaiono al fondo della misura quando questa è cosituita da un numero decimale (es. 25,0°C)

- Costituite da una misura scritta in notazione scientifica (es. 5,70x10-3g)

Lo zero non è una cifra significativa quando si trova:

- All'inizio di una misura decimale (es.0,0004 m)

-Al fondo di una misura intera (es. 850000 m)

Quando si effettua una misurazione si esprime il risultato tenendo conto delle cifre significative. A volte è necessario svolgere delle operazioni matematiche che coinvolgono tali misure, perciò vi sono vari criteri che vanno seguiti per eliminare cifre non indispensabili.

Le regole per arrotondare il risultato di un'operazione sono:

- Se la cifra alla quale occorre arrotondare è seguita da un numero uguale o inferiore a 4, allora l'ultima cifra significativa rimane invariata;

- Se la cifra alla quale bisogna arrotondare è seguita da un numero uguale o superiore a 5, si deve aumentare l'ultima cifra significativa di 1.

Massa e temperatura

La massa di un corpo è una grandezza estensiva fondamentale, che dipende dalla quantità di materia che costituisce il corpo. Questa grandezza è legata all'inerzia del corpo cioè alla resistenza che esso oppone a un spostamento o ad un'accelerazione. Nel Sistema Internazionale la massa si misura in kg.

La temperatura è una grandezza intensiva fondamentale, che indica lo stato termico di un oggetto e si misura con il termometro. La scala termometrica più usata è la Celsius. La temperatura di 0°C corrisponde alla fusione del ghiaccio, mentre una temperatura pari a 100° coincide con l'ebollizione del'acqua. Questo significa che il grado Celsius è la centesima parte dell'intervallo di temperatura compreso tra la temperatura di solidificazione e quella di ebollizione dell'acqua.

La temperatura assoluta ha come unità di misura il Kelvin, che si ottiene aggiungendo 273 alla temperatura espressa in gradi Celsius.

Densità e pressione

La densità è una grandezza fisica intensiva e derivata ed è definita come il rapporto tra la massa di una sostanza e il suo volume (d= m/V).

La pressione è una grandezza intensiva che è definita dal rapporto tra la forza esercitata su una superficie e l'area della superficie stessa. Si misura in N/m2 cioè l'unità di misura Pascal(Pa)che essendo molto piccola spesso si sostituisce al bar, suo multiplo. Prima della costituzione del SI, la pressione veniva riportata in atmosfere (atm), perchè si prendeva come riferimento la pressione atmosferica registrata sulla superficie terreste. La pressione si può misurare:

- Con il barometro a mercurio che serve per misurare la pressione atmosferica;

- Con il manometro che viene utilizzato per misurare la pressione di sostanze aeriformi, come il gas nelle bombole o l'aria nei pneumatici.