Appunti preparazione esame fisica

Esistono 3 dimensioni del capire → imparare la scienza → tensione

1. DIMENSIONE DISCIPLINARE/CONOSCITIVA:

conoscitiva

i bambini già possiedono schemi interpretativi, idee e concezioni personali su molte

situazioni fisiche; sono modelli costruiti sulla base dell’osservazione, l’esperienza e

l’interpretazione di questa: sono strutture esplicative elementari costruite per astrazione

e generalizzazione, chiamate primitive fenomenologiche (p-primis), che possono

essere scelte e utilizzate secondo la situazione, a volte anche usate in contesti non

appropriati, cioè diversi da quelli in cui sono state costruite; tipiche forme di

ragionamento del pensiero comune sono la focalizzazione su aspetti limitati e sulle

caratteristiche salienti di oggetti e fenomeni, interpretazione di fenomeni in termini di

proprietà o qualità attribuite agli oggetti più che all’interazione tra essi, attenzione ai

cambiamenti più che alle situazioni stazionarie, ragionamento causale lineare per cui

una causa produce un effetto in modo sequenziale trascurando la reciprocità delle

interazioni

si sottolinea l’importanza, nel processo di apprendimento, di ciò che l’allievo già conosce

→ Bruner imparare sulla scienza → tensione

2. DIMENSIONE EPISTEMOLOGICO/CULTURALE:

culturale

la conoscenza sulla disciplina si trasforma in cultura scientifica

porre attenzione più alla domanda che alla risposta, conoscere il contesto del problema,

trovare connessioni tra la fisica e altri ambiti culturali

imparare dalla scienza → tensione personale

3. DIMENSIONE PERSONALE COGNITIVA:

riflettere perchè quelle determinate conoscenze debbano essere tramandate da una

generazione all’altra, riconoscere la peculiarità delle strategie in fisica

la didattica della fisica nasce negli anni ‘50/’60 in America

le operazioni da fare quando mi trovo davanti ad un oggetto o un fenomeno da analizzare:

INDIVIDUARE → far emergere un’unità significativa da uno sfondo, identificare una

● caratteristica

RICONOSCERE → accorgersi che l’elemento individuato è come tanti altri di cui si ha

● avuto esperienza

FARE UNO SCHEMA → confrontarlo con la realtà

● SELEZIONARE → discretizzazione

●

un SISTEMA è un insieme formato da parti disposte (sub-sistemi) e correlate secondo un ordine

definito, gerarchizzato, coordinato, relazionale, in cui i singoli elementi sono legati tra loro da

relazioni che variano nel tempo (es. acqua che bolle in una pentola, un batterio in una coltura);

è possibile individuare una specificità del sistema

una CLASSE è costituita in base ad uno schema che può essere visto identico per ciascuno

degli individui che compongono la classe (es. oggetto solido)

nell’individuo (oggetto, fenomeno,

una VARIABILE è un elemento che deve essere valutato

sistema), mentre può non essere essenziale all’operazione cognitiva di schematizzazione con

cui si definisce una classe (es. peso, dimensioni, temperatura)

pensare per variabili porta l’individuo a considerare come consustanziali all’oggetto modi di

essere delle cose, inoltre i nomi delle variabili corrispondono a nostre capacità di notare

differenze e cambiamenti sviluppati a partire dall’esperienza

per riconoscere le variabili bisogna saper trovare regole per i loro andamenti e i loro modi di

variare, operare confronti

le variabili estensive sono quelle associate a quantità, quindi peso, lunghezza, volume, costo, il

cui valore cresce proporzionalmente al crescere del sistema (altri es. massa, energia, area,

quantità di calore: sono grandezza che si possono sommare)

le variabili intensive sono quelle associate a qualità, quindi dolcezza, temperatura, prezzo

specifico, peso e volume specifico, il cui valore non dipende proporzionalmente dal crescere del

sistema (es. densità, pressione, calore specifico, concentrazione)

LA TEMPERATURA

la temperatura è una grandezza definita dal suo strumento di misura definito, a sua volta, dalla

grandezza stessa

un cilindro è posto su un tavolo di legno, la temperatura dei due oggetti sarà uguale, ma io

percepirò come più freddo il cilindro perchè il metallo è un conduttore di calore (sia freddo che

caldo) più efficace → la conduzione termica di un oggetto non è la sua temperatura

non sono concetti equivalenti; un corpo, se riceve energia sotto forma di

calore e temperatura

calore può cambiare temperatura, ma non è necessario → può esserci un passaggio di stato

l’ambiente influenza alcune proprietà degli oggetti e dei materiali che si trovano nell’ambiente

stesso ed esiste una tendenza dei corpi a raggiungere uno stato di equilibrio con l’ambiente,

ossia uno stato in cui le proprietà del corpo non cambiano più; due sistemi in equilibrio con un

→ principio zero della termodinamica

terzo sistema sono anche in equilibrio tra di loro

un sistema si dice in equilibrio quando è in una situazione di stasi e ciò riguarda non solo il suo

movimento, ma anche i possibili cambiamenti interni ed esterni che può subire, come pressione,

volume, temperatura; è in equilibrio se le variabili non variano o se una variazione è possibile

solo se intervengono modifiche all’ambiente in cui è posto il sistema

tutti i sistemi fisici hanno una proprietà che assume lo stesso valore quando si trovano in

→ TEMPERATURA

condizioni di equilibrio tra loro

è la grandezza definita con lo scopo di individuare l’equilibrio termico tra 2 o

la TEMPERATURA

più corpi la cui unità di misura è il kelvin, fornisce la misura dello stato termico di un corpo e, di

conseguenza, fornisce informazioni sulla capacità del corpo di scambiare calore con altri corpi o

con l’ambiente, è una proprietà che assume lo stesso valore quando i corpi si trovano in

condizioni di equilibrio tra loro

ALTRE DEFINIZIONI: indica il valore medio tra i valori di energia cinetica di ciascuna molecola

a livello microscopico; è il livello di energia presente in un sistema

Tkelvin = Tcelsius + 273,15; Tcelsius = Tkelvin - 273,15

è un sistema che ha una proprietà influenzabile dall’ambiente e osservabile

un termometro

la temperatura è una variabile di stato e non di processo ed è una variabile intensiva, quindi la

temperatura finale di tanti oggetti non sarà data dalla somma delle singole temperature, ma

dalla media

per costruire un termometro dobbiamo trasformare la variabile temperatura da intensiva a

estensiva (misurabile in maniera diretta) → la variabile intensiva non si può realmente misurare,

ma esistono strategie per assegnare numeri a queste variabili creando scale (per toni di colore,

per toni musicali, per durezza dei materiali); il termometro misura la temperatura e le sue

variazioni

Il termometro ambientale ha una scala che va da -15° a 150°, misura la temperatura

dell’ambiente e degli oggetti, la temperatura indicata nel tubicino cambia a seconda di dove è

poggiato, per abbassare la temperatura bisogna metterlo a contatto con un oggetto a

temperatura più bassa e non serve scuoterlo; il termometro clinico serve per misurare la

temperatura corporea, ha una scala che va da 35° a 42°, rimane fisso sulla temperatura

massima e bisogna scuoterlo per riportarlo alla temperatura minima

Gli oggetti presenti in una stanza si troveranno alla stessa temperatura della stanza tranne

quelli che sono dei termostati, quindi producono calore, come un bambino che riposa, una

lampada accesa, un gatto

un SISTEMA TERMODINAMICO è un sistema per il quale è possibile definire la sua

temperatura, ossia è un sistema macroscopico il cui stato interno è influenzabile dall’ambiente

(es. acqua che bolle in una pentola, termosifone che disperde calore, pila, pulcino);

esiste un processo di interazione tra due oggetti che implica il passaggio di calore da un corpo a

temperatura più alta a uno con temperatura più fredda

il corpo umano non è un buon termometro, è più che altro un termostato, cioè sensibile ai

trasferimenti di calore

la CONDUCIBILITÀ TERMICA è la proprietà tipica di ciascun materiale che conduce o isola il

materiale stesso in modo peculiare; è diversa dalla temperatura; è la capacità del materiale di

condurre calore senza dispersioni termiche

IL CONCETTO DI CALORE

Il CALORE è la grandezza definita come una forma di energia e, in particolare, come energia

scambiata tra due sistemi tra cui sussiste una differenza di temperatura, è una variabile

estensiva, quindi associata a quantità che è possibile sommare; non è una sostanza che si

trasferisce da un corpo all’altro e non è un concetto relativo alla nostra percezione di caldo e

freddo, è una forma di energia, chiamata energia termica; il calore è una modalità di

trasferimento di energia che si innesca quando c’è una differenza di temperatura, è una

variabile di processo, non di stato; non si trasmette per conduzione, convezione e, soprattutto,

irraggiamento; il calore radiante non è calore; si misura in Joule

LEGGE DELLA TERMOLOGIA O CALORIMETRIA O DEL CALORE → → c:

Q = c x m x Δt

calore specifico, è la caratteristica che tutti gli oggetti hanno e che dipende dal loro materiale;

unità di misura J / kg x K , m: massa, unità di misura kg, Δt: intervallo/differenza di temperatura,

condizione necessaria affinchè ci sia uno scambio di energia in modalità calore; l’unità di misura

è in joule - J; c = Q / Δt, m = Q / c x Δt

Il calore specifico - c è la grandezza che esprime quanto calore è necessario fornire a 1 kg della

sostanza per innalzare la sua temperatura di 1°; è il calore che un materiale riesce ad assorbire

a parità di massa, equivale a calore / massa e si misura in Kcal / Kg, dipende dal materiale

Un tavolo di metallo non è più freddo di un tavolo di legno, dipende se la loro temperatura è

inferiore a quella della pelle che li tocca → concetto di dispersione termica: il metallo disperde

più calore del legno

Quando si prende una bottiglia dal frigo è falso che la mano si raffredda e la bottiglia si

surriscalda

Chiou e Anderson hanno dimostrato che le concezioni comuni sul calore si sviluppano

attraverso 4 modelli di cui i primi 3 errati:

1. calore come proprietà intrinseca di una sostanza

2. caldo e freddo come sostanze materiali che possono spostarsi da un oggetto ad un altro

3. calore come entità (flusso calorico) che si propaga da oggetti a temperatura più alta a

oggetti a temperatura più bassa

4. calore come trasferimento di energia dovuto a una differenza di temperatura

Un materiale isolante impedisce o inibisce lo scambio di calore, quindi è un cattivo conduttore di

calore corrisponde al calore necessario per innalzare o diminuire la

la CAPACITÀ TERMICA - C

temperatura di 1° tutto il corpo considerato, non per unità di massa, è il rapporto tra l'energia

che acquista una sostanza e l'aumento di temperatura; è indipendente dal materiale degli

oggetti → C = m x c; C = Q / ΔT = ΔE / ΔT, c = C / m = Q / ΔT x m, Q (calore) = C x ΔT; unità

di misura Joule/Kelvin

un oggetto ha calore specifico 2 x 5 kg, se un altro ha calore specifico 1 devo prenderne 10 kg

per ottenere la stessa capacità termica, quindi raggiungere la stessa temperatura di equilibrio

EQUILIBRIO TERMICO

= T2 + T1 / 2 → se m1 = m2 e c1 = c2

1. Te

Te = m1 x T1 + m2 x T2 / m1 + m2 → se m1 è diverso da m2 e c1 = c2

2. Te = c1 x T1 + c2 x T2 / c1 + c2 → se m1 = m2 e c1 è diverso da c2

3. Te = c1 x m1 x T1 + c2 x m2 x T2 / c1 x m1 + c2 x m2 → se m1 è diverso da m2 e c1 è

4. diverso da c2

il passaggio da solido a liquido è la fusione (solidificazione il contrario), da liquido a gas è

vaporizzazione (condensazione il contrario), da solido a gas è sublimazione (brinamento il

contrario)

il passaggio di stato avviene a temperatura costante

corrisponde alla quantità di energia scambiata necessaria affinchè

il CALORE LATENTE - L

avvenga un passaggio di stato → L = Q / m, unità di misura J / Kg

il calore si propaga per conduzione quando si trasmette da un corpo solido a un altro posti a

temperatura diversa e a contatto tra loro, si propaga per convezione quando un fluido liquido o

gassoso trasporta il calore, si propaga per radiazione quando le onde elettromagnetiche

trasportano il calore

FORMULA DI PASSAGGIO DI CALORE PER CONDUZIONE: Q = λ x S x Δt / d, cioè 1 / ΔT

→ λ è la conducibilità termica e dipende dal materiale, S la superficie o area dell’oggetto, d lo

spessore dell’oggetto, Δ