Riassunti fisica - 25 pagine

Le temperature e la dilatazione termica

LO 0 K rappresenta il limite inferiore delle temperature raggiungibili in natura; non esistono temperature Kelvin negative. 1 °C = 1 K (le due scale sono solo traslate di 273,15 gradi).

Per passare da una scala termometrica all'altra si utilizzano le seguenti relazioni:

F = 9/5 C + 32 ; K = C + 273,15 ; F = 9/5 K - 459,64.

Dilatazione termica: è il fenomeno per il quale il volume di un corpo solido, liquido o aeriforme aumenta con l'aumentare della temperatura.

t è la temperatura in °C

Vt è il volume del corpo alla temperatura t

Vt = V0 * (1 + k*t) dove V0 è il volume del corpo alla temperatura di 0°C

k è il coefficiente di dilatazione termica del materiale

k dipende dal materiale e dal suo stato di aggregazione; i suoi valori sono supposti costanti al variare della T.

In modo analogo si definiscono i coefficienti di dilatazione lineare γ e superficiale β:

Lt = L0 * (1 + γ*t) ; Sf = S0 * (1 + β*t)

−1=α=k °C

Anche per gli aereiformi vale l'espressione Vt ma con = legge di Charles273,15

PASSAGGI DI STATO

• ogni passaggio di stato è caratterizzato dalla rottura o formazione di legami chimici
• durante il cambiamento di stato, la temperatura del sistema si mantiene costante
• ogni sostanza per cambiare il suo stato ha bisogn di una ben precisa quantità di calore perunità di massa, detta calore latente del cambiamento di stato. Si deve fornireenergiasublimazione Vaporizzazionfusione (evaporazioneStatoStato Statoe ebollizione)liquidosolido gassososolidificazione liquefazionebrinamentoIl sistema daenergiaall'esterno

STATO GASSOSO

1. GAS PERFETTI.

È perfetto o ideale un gas con le seguenti caratteristiche:

• le particelle che costituiscono il gas sono puntiformi
• fra le particelle non esistono interazioni a distanza
• gli urti tra le particelle sono elastici

sperimentali: • legge di Boyle: P * V = costante • legge di Charles: Vt = V0 * (1 + α*t) dove α = 1/273,15 • legge di Gay-Lussac: Pt = P0 * (1 + α*t) Queste relazioni riassumono nell' EQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI (o legge di Clapeyron): P * V = n * R * T espressa in kelvin N è il numero di moli R è la costante di stato dei gas perfetti: (litri*atm)/(J*mole*K) = 0,082*(litri*atm)/(K*mole) R = 8,318*(J*mole)/(K*mole) Legge di Avogadro: volumi uguali di gas diversi nelle stesse condizioni di pressione e temperatura contengono un ugual numero di molecole. Legge di Dalton: la pressione di una miscela gassosa è dunque uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli componenti. 2. GAS REALI Per essere un gas reale deve soddisfare almeno una delle condizioni: - sensibili interazioni tra molecole; - urti non perfettamente elastici; - volume proprio delle particelle non trascurabile.

questi l'equazione dei stato è sostituita con l'equazione di Van der Waals.

STATO LIQUIDO

Nei liquidi le molecole sono condizionate dalle forze di attrazione intermolecolari che le tengono le une vicine alle altre. I liquidi hanno le seguenti caratteristiche:

• occupano un volume proprio
• sono incomprimibili
• come gli aeriformi, non hanno forma propria e le molecole di due fluidi si mescolano spontaneamente - si diffondono
• sono dotati di tensione superficiale

1. EVAPORAZIONE ED EBOLLIZIONE

La vaporizzazione si divide in EVAPORAZIONE (causa dell'agitazione termica, alcune molecole in prossimità della superficie del liquido possono acquistare un'energia leggermente superiore alla media, sufficiente a spezzare i legami che le tengono unite al liquido; tali molecole a questo punto sono pronte a passare allo stato aeriforme) ed EBOLLIZIONE a seconda che il passaggio di stato coinvolga solo la parte superficiale o l'intera massa del liquido.

liquido. Nella fase aeriforme che sovrasta un liquido, si trovano sempre delle molecole di liquido evaporate, le quali prendono il nome di VAPORE. Questo all'equilibrio si dice saturo; la tensione di vapore di un liquido a una data temperatura è la pressione del vapore saturo a quella temperatura. La temperatura di ebollizione di un liquido dipende solo dalla natura del liquido e dalla pressione a cui è sottoposto: cresce al crescere della pressione esterna.

- vapore: parte dell'aeriforme che sovrasta un liquido

- fase: stato di aggregazione della materia

- sistema liquido-vapore: sistema bifasico

2. TENSIONE SUPERFICIALE

Le molecole nello strato superficiale di un liquido si trova in una condizione diversa rispetto al liquido rimanente: le molecole in superficie non sono completamente circondate da molecole uguali tra loro. Le molecole interne subiscono l'attrazione delle altre in tutte le direzioni, mentre quelle in superficie interagiscono solo con

le molecole sottostanti.

STATO SOLIDO

Le proprietà caratterizzanti i solidi esistenti in natura sono:

• elasticità: proprietà di riprendere forma e volume iniziali dopo una deformazione
• durezza: proprietà di intaccare o scolpire un altro corpo
• malleabilità: proprietà di ridursi in fogli sottili
• duttilità: proprietà di ridursi in fili sottili
• tenacità: resistenza alla rottura
• plasticità: proprietà di modellarsi sotto l'azione di una forza che agisce per un tempo lungo

Un solido è tale se dotato di RETICOLO CRISTALLINO. Esistono in base ai legami che li costituiscono questi tipi di solidi:

• solidi covalenti: i nodi reticolari sono occupati da atomi legati fra loro con legami covalenti; sono durissimi e hanno una elevata temperatura di fusione e sono pessimi conduttori
• solidi ionici: i nodi reticolari sono occupati da ioni e i legami sono ionici

duri ma fragili e hanno una elevata temperatura di fusione e sono cattivi conduttori

• solidi molecolari: i nodi reticolari sono occupati da molecole legate tra loro da legami deboli (dipolari, o a H); sono teneri e hanno un bassa temperatura di fusione e non sono buoni conduttori
• solidi metallici: un metallo può essere visto come un reticolo di ioni positivi immerso in una nube di elettroni in movimento; sono lucenti e malleabili e hanno una buona conducibilità elettrica e termica.

MECCANICA DEI FLUIDI

LEGGE DI PASCAL

In un fluido la pressione si trasmette in tutti i punti e tutte le direzioni, e le forze di pressione agiscono perpendicolarmente alle superfici dei corpi indipendentemente da come queste sono orientate. Inoltre, in ogni punto di un liquido in quiete si ha la stessa pressione – sotto l'ipotesi che il fluido non sia soggetto a forza di gravità. Se questa ipotesi cadesse, si avrebbero due forze:

1. forze superficiali: agiscono sulla

superficie delimitante il fluido;

forze di volume: agiscono su tutti i punti del fluido e dipendono quindi dal suo volume; un esempio è la forza peso.

LEGGE DI STEVINO

La pressione idrostatica o aerostatica cresce con la profondità. Nel caso di un liquido, le due grandezze sono direttamente proporzionali.

P = p * g * h dove p è la densità del liquido

PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI

Dati alcuni contenitori aventi forme diverse e tra loro comunicanti, se si versa del liquido nel primo, questo si distribuisce in tutti i contenitori in modo da raggiungere la stessa altezza in ciascuno di essi. A parità di profondità si deve avere la stessa pressione in tutti i contenitori.

PRINCIPIO DI ARCHIMEDE

Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l'alto di intensità pari al peso del fluido spostato.

Condizione di equilibrio idrostatico per un corpo immerso in un fluido:

F = P → p * V * g = p * V * g → p * V = p * V

A f f * c v f f

c cFLUIDODINAMICA 1. TEOREMA DI TORRICELLI Un recipiente contenente un liquido al quale è stato praticato un foro a una profondità h, si ha che la velocità di efflusso del liquido dal foro è data da: v = 2*g*h. 2. PORTATA DI UN CONDOTTO La portata Q di un condotto è la quantità di flusso che attraversa una sua sezione in un secondo. Ipotizzando il fluido incomprimibile, si ottiene l'equazione di continuità: Q = S * v = costante Dove S è la sezione del condotto e v è la velocità del liquido che scorre. Maggiore è la sezione del condotto, minore sarà la velocità del liquido che scorre. 3. TEOREMA DI BERNOULLI In ogni condotto, la somma delle altezze peziometriche, geometriche, cinetiche è costante. 2P*v + h + p*g = 2*g Dove P è la pressione, v è la velocità del fluido, h è l'altezza e g è l'accelerazione di gravità. ➔ CALORIMETRIA E TERMODINAMICA La termodinamica studia gli scambi di energia meccanica (lavoro) e di energia termica (calore) fra i corpi e ciò che li circonda. CALORE Il calore è l'energia termica che si trasferisce da un corpo a un altro a causa di una differenza di temperatura.

è la forma di energia che viene scambiata fra corpi a temperature diverse; si misura con la caloria: è l'energia necessaria per innalzare di un grado – da 14,5°C a 15,5°C – la temperatura di un grammo di H₂O.

Spesso viene utilizzata la chilocaloria: 1kcal = 1 Cal = 1000 cal

IL CALORE NON È UNA CARATTERISTICA PROPRIA DEI CORPI: PUÒ FLUIRE DA UN CORPO A UN ALTRO.

1. PRINCIPIO DI EQUIVALENZA TRA CALORE E LAVORO

Nei processi puramente meccanici l'energia meccanica si conserva; nei fenomeni puramente termici il calore totale si conserva.

L/Q = costante = 4,186 J/cal = equivalente meccanica della caloria

da cui il calore è una forma di energia termica e vale 1 cal = 4,186 J

2. PROPAGAZIONE DEL CALORE

Il calore si propaga da un corpo a un'altro tramite tre modi:

• conduzione: è una forma caratteristica dei corpi solidi e non è accompagnato da spostamento di materia; se si mettono a contatto due corpi A e B con T >T

Si ha passaggio di calore dal corpo A al corpo B. La velocità media di propagazione del calore è direttamente proporzionale alla differenza tra le temperature (T - T') e all'area della superficie di contatto fra i due corpi.

Conversione: è una forma caratteristica dei fluidi ed è accompagnata da spostamento di materia.

Irraggiamento: propagazione del calore mediante onde elettromagnetiche: non è necessaria la presenza di un mezzo materiale (le onde elettromagnetiche si propagano anche nel vuoto). È grazie a questa forma di propagazione che riceviamo il calore emanato dal Sole.

Calore specifico e capacità termica