Importanza della temperatura
La temperatura è un grandezza utile alla
descrizione delle proprietà dei materiali,
solidi, liquidi o gassosi.
La temperatura e l’umidità permettono di
descrivere l’ambiente in cui può trovarsi
un’opera d’arte e gli effetti indotti su di
essa.
Le nuove tecnologie disponibili permettono di osservare e studiare il
comportamento termico di edifici e opere d’arte in modo non invasivo.
La Temperatura
La temperatura descrive lo stato di
caldo o di freddo di un corpo.
La nostra sensibilità
è soggettiva.
Servono sistemi che abbiano delle proprietà
sensibili a T, misurabili e riproducibili.
Proprietà: la dilatazione dei solidi e dei liquidi
in funzione della temperatura.
Tali sistemi sono detti TERMOMETRI
Taratura del termometro
Il termometro (a liquido) deve fornire un’informazione
numerica dello stato di caldo o freddo: misura.
Si utilizza acqua e ghiaccio, si immerge il
termometro nel contenitore e al livello del
liquido termometrivo si marca un segno.
Vi si attribuisce il valore 0.
Poi si immerge, lo stesso termometro, in un
contenitore, dove si trova acqua in ebollizione,
il liquido termometrico si dilata e raggiunge un
livello superiore lungo il capillare .
Vi si attribuisce il valore 100.
Scale
Termometriche
Per motivi storici esistono varie scale termometriche, le prime due,
più diffuse, risultano di interesse per chi viaggia o scambia opere
d’arte, la terza di interesse fisico:
Congelamento
Scala Celsius
(1742)
Scala Fahrenheit
(1724)
Scala Kelvin
o assoluta (1847)
Ebollizione
Divisioni
0oC
100 o C
100
32 o F
212 o F
180
273.15 K
373.15 K
100
Conversioni di Temperatura
Le altezze del liquido coincidono, il valore attribuito cambia:
h1 celsius
h 0 Celsius
 h1 Fahrenheit  h1 Kelvin ,
ma anche
 h 0 Fahrenheit  h o Kelvin .
Possiamo dividere entrambi :
 h1 
 h1 
 h1 
 
  
  
 h 0 Celsius  h 0 Fahrenheit  h 0  Kelvin
Caso turistico-artistico:
 h1 
 h1 
 
  
,
 h0  Celsius  h0  Fahrenheit
TC  0
TF  32

,
100  0 212  32
TC TF  32

:
100
180
5
Tc  TF  32
9
Per le proprietà fisiche:
 h1 
 h1 
 
  
,
 h0 Celsius  h0  Kelvin
TC  0
TK  273.15

,
100  0 373.15  273.15
TC TK  273.15

:
100
100
Tc  Tk  273.15
Calibrazione di un termometro
 h1 
 h1 
 
  
,
 h0  calibrata  h0  misurata
Tcal  0 Tmis  TFond

,
100  0 Teboll  TFond
TCal
Tmis  TFond
 100
Teboll  TFond
Il calore si trasmette da un corpo a T maggiore a quello a
T minore, finché i due corpi non raggiungono l’equilibrio
Equilibrio Termico.
Legge zero della termodinamica:
se due sistemi A e B sono in equilibrio con un terzo sistema C,
allora A e B sono in equilibrio tra loro.
Grazie a questa legge possiamo definire lo stato termico di un
sistema mediante la Temperatura e quindi mediante l’utilizzo di
termometri.
1° chiarimento
• Per la matematica dire x=y, implica che
quello che è a sinistra dell’uguaglianza (1°
membro) è uguale a quello che è a destra
(2° membro), spesso si pensa solo a numeri.
• Per la fisica la grandezza deve essere
omogenea, ovvero le lunghezze non
possono essere uguali al tempo.
• Si deve avere x metri = y metri.
• Oppure x secondi = y secondi ecc.
La temperatura: grandezza fisica
• La fisica è una scienza “operativa”:
Definizione di Temperatura:
La temperatura è quella grandezza :
che si misura con il termometro.
Per definire una grandezza si stabiliscono i seguenti criteri
1. Criterio di uguaglianza.
2. Criterio di somma.
3. Criterio di misura con campione.
Grandezze Fisiche ed unità di misura:
Unità di misura della LUNGHEZZA
Il piede: era letteralmente il piede del re.
La iarda: distanza tra l’estremità del braccio
disteso e la parte posteriore del collo.
Il pollice: distanza tra l’estremità e la nocca del
pollice del re.
Dopo la rivoluzione francese: l’Assemblea Nazionale
incarica l’Accademia delle Scienze di Parigi.
Viene definito il sistema metrico decimale.
1791 METRO = 1/10.000.000 della distanza polo-equatore
Campione in platino-iridio del metro BIPM a Parigi
Campione italiano a Roma c/o Ufficio Metrico centrale
1960 metro ottico: 1650763.73 volte la lunghezza
d’onda nel vuoto della luce rosso arancione del (86Kr)
1983 dalla velocità della luce 299792458 m/s si deriva il campione di 1 m
1 metro: distanza percorsa in 1/299792458 s dalla luce nel vuoto
Unità di misura della MASSA
Massa: quantità di materia presente in un corpo.
1795 - 1 kilogrammo quantità di materia contenuta in 1000 cm3 di acqua a 0 ºC.
1799- 1 kilogrammo quantità di acqua contenuta in 1000 cm3 di acqua a 4 ºC.
1889 ad oggi – 1 kilogrammo massa del prototipo di platino-iridio, cilindro di
h=39 mm e d=39 mm, depositato c/o BIPM a parigi.
Campioni italiani a Roma c/o Ufficio Metrico Centrale
Unità di massa atomica 1/12 del 12 C = 1.664 ∙10-27 kg
Unità di misura del Tempo
Per misurare il tempo si utilizza un fenomeno periodico.
Per esempio la rotazione della terra.
La suddivisione storica in 24 h, 60’, 60” ha origine
dalla civiltà Babilonese, come la suddivisione degli angoli.
L’accademia delle scienza ha provato ad utilizzare il sistema
decimale senza risultato.
1 sec la durata di 9192631770 oscillazioni di radiazione 133Cs
Grandezze derivate
• Lo spazio si misura in metri
• Il tempo in secondi
• Quanto rapidamente percorriamo lo spazio
nel tempo (velocità)
O
x1
x1 posizione del corpo a t=t1
Spostamento = x2-x1
velocità
x2
x2 posizione del corpo a t= t2
x2  x1 x
v

t 2  t1
t
m  metri 


s  secondi 
Grandezze scalari e vettoriali
• Grandezze scalari sono identificate da un
numero (Temperatura, massa, tempo)
• Grandezze vettoriali sono indentificate da
un numero (intensità o modulo), una retta
direttrice ed un verso (posizione,
spostamento, velocità, accelerazione,
Forza).
Grandezze derivate
e analisi dimensionale
Energia Cinetica
Energia potenziale grav.
Analisi dimensionale:
velocità della luce:
1 2
mv
2
misurata in Joule
mgh
misurata in Joule
m 
1 2  kg m 2 

mv  2   mgh kg 2 m
s
2


 s 
m
c      m Hz 
s
F
Pressione: Forza su una superficie   [Pa ] 
A
kg m 2 
N  
s 

2
2
m   m



1 atm = 1.013 ∙105 Pa = 1013 mbar = 760 Torr = 14.7 psi (lbf/inch2)
Misura del calore
Unità di misura del calore kilocaloria (kcal).
Quantità di calore necessaria per aumentare di 1 °C,
da 14.5 °C a 15.5 °C un kg di acqua.
Sistema Britannico British Thermal Unit (Btu)
Quantità di calore necessaria per aumentare di 1 oF, da
58.5 oF a 59.5 oF una lb di acqua.
1 Btu = 0. 253 kcal.
Equivalente meccanico (energia in Joule).
1 kcal = 1000 cal = 4186 J
1 Btu = 778 lbf ft =1055 J.
Calore (Q)
Si utilizza una sorgente di calore costante,
all’aumentare della quantità di materia
da scaldare aumenta in tempo necessario per avere
la stessa temperatura finale
Q  m per avere lo stessoΔT
Con un altro materiale vedremmo che i tempo richiesto sarà
diverso (Q diversi) per ottenere lo stesso T.
Questa proprietà peculiare di ogni materiale è detta calore specifico c
Q  m  c  T
Q  kcal, m  kg, T  C
Il calore ceduto o assorbito da un corpo di massa m è proporzionale
alla variazione di Temperatura alla massa ed al calore specifico
Calore specifico (c)
Tutte le palline
sono alla stessa temperatura.
T  100 C
Sostanza
kcal/(kg oC)
J/(kg oC)
Acqua
1,000
4186
Alluminio
0.215
900.0
Ferro
0.108
452.1
Ghiaccio
0.500
2093
Ottone
0.094
393.5
Vapore acqueo
0.481
2013
piombo
0.031
129.8
vetro
0.20
837.2
Vengono collocate sulla
paraffina e per materiali
diversi si avranno
penetrazioni diverse del blocco
di paraffina nonostante siano
alla stessa temperatura.
Q  mcT
c
Q
,
mT
Termometri
Termometri a liquido: mercurio (da -38.9 oC a 360 oC).
Basse T Alcool colorato ( -80 oC) … pentano …
Termometri di massima: strozzatura nel bulbo.
e minima.
Termometri metallici
Termometri a resistenza elettrica. Platinum resistor 100 PTR 100
Coppie termoelettrice. TC K, T
Termometri ottici rivelatori di infrarosso
Taratura dei termometri
T di ebollizione
T di fusione
L f  79.7 kcal/kg
Q f  Lf  m
Le  539 kcal/kg
Qe  Le  m
Calore latente di fusione
raffr. solidificazione
Calore latente di evaporazione
raffr. condensazione
T
aumenta
Taratura di TC in classe
Sono stati utilizzati due multimetri (uno economico ed uno professionale)
equipaggiati per la misura di Termocoppie di tipo K, abbiamo calibrato quattro
termocoppie etichettate A, B, C e D.
La seconda e terza colonna sono relative al multimetro economico, la quinta e la
sesta sono relative al multimetro professionale.
Tester Economico
Tester Professionale
Taratura del ………