La temperatura e la sua misurazione
Mappa concettuale
La temperatura, misurata in gradi Celsius, Fahrenheit o Kelvin, riflette l'agitazione termica delle particelle. Il kelvin, unità del SI, parte dallo zero assoluto (-273,15°C), punto di inattività termica totale. Il punto triplo dell'acqua (273,16 K) è cruciale per la calibrazione termometrica. La mole, unità SI per la quantità di sostanza, si basa sul numero di Avogadro, collegando il microscopico al macroscopico.
Riassunto
Schema
Misurazione della temperatura e scale termometriche
La temperatura è una grandezza fisica che indica il grado di agitazione termica delle particelle di un sistema e si misura con strumenti chiamati termometri. Le scale termometriche più comuni sono la Celsius e la Fahrenheit, che si basano su punti di riferimento empirici come il punto di congelamento e di ebollizione dell'acqua. Per misurazioni più precise, si utilizza il termometro a gas a volume costante, che sfrutta la relazione diretta tra la pressione di un gas e la sua temperatura a volume costante. Questo strumento si basa sui punti fissi del ghiaccio fondente a 0°C e dell'acqua bollente a 100°C. La pressione del gas, misurata con un manometro, varia proporzionalmente alla temperatura e la relazione tra pressione e temperatura è rappresentata da una retta isoterma. L'inclinazione di questa retta è costante per tutti i gas ideali a basse pressioni, rendendo il termometro a gas a volume costante uno standard universale per la misurazione della temperatura.La scala Kelvin e il concetto di zero assoluto
La scala Kelvin è una scala termometrica assoluta che inizia dallo zero assoluto, il punto teorico in cui cessa ogni movimento termico delle particelle, corrispondente a -273,15°C. Il kelvin (simbolo: K) è l'unità di misura della temperatura nel Sistema Internazionale e ha la stessa dimensione di un grado Celsius. La scala Kelvin è definita dal punto triplo dell'acqua, che è la condizione in cui acqua solida, liquida e vapore coesistono in equilibrio a 273,16 K (0,01°C). La relazione tra la scala Celsius e la Kelvin è espressa dalla formula T(K) = t(°C) + 273,15. La scala Kelvin è fondamentale in ambiti scientifici e tecnologici perché fornisce una misura della temperatura basata su principi fisici universali.Il punto triplo dell'acqua e la definizione della scala Kelvin
Il punto triplo dell'acqua è una condizione di equilibrio termodinamico unica, in cui le tre fasi dell'acqua coesistono a una temperatura di 273,16 K e una pressione di 611,657 Pa. Questo punto è stato adottato come uno dei due punti fissi per la definizione della scala Kelvin, l'altra essendo lo zero assoluto, a causa della sua elevata riproducibilità e precisione. Il punto triplo dell'acqua è quindi un punto di riferimento essenziale per la calibrazione degli strumenti di misura della temperatura e per la definizione dell'unità di misura della temperatura nel Sistema Internazionale, il kelvin.La quantità di materia e il concetto di mole
La mole è l'unità di misura della quantità di sostanza nel Sistema Internazionale di Unità (SI) e corrisponde al numero di particelle, come atomi o molecole, contenute in 12 grammi di carbonio-12. Questo numero è il numero di Avogadro, approssimativamente 6,022 × 10^23 particelle/mol. La massa molare di una sostanza, espressa in g/mol, è numericamente uguale alla sua massa molecolare o atomica in unità di massa atomica (uma). La mole collega il mondo microscopico, rappresentato dal numero di particelle, con il mondo macroscopico, rappresentato dalla massa misurabile di una sostanza.La legge di Avogadro e il comportamento dei gas
La legge di Avogadro stabilisce che volumi uguali di gas ideali, a parità di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole. Questo principio è alla base del funzionamento del termometro a gas a volume costante e permette di comprendere che le misurazioni della temperatura non dipendono dalla natura chimica del gas utilizzato. La legge di Avogadro è fondamentale nella chimica dei gas per stabilire relazioni quantitative tra volume, pressione, temperatura e numero di moli di un gas, e per comprendere il comportamento dei gas a livello molecolare.Calcolo del numero di particelle e applicazioni della mole
Per calcolare il numero di particelle in una massa di sostanza, si determina prima il numero di moli dividendo la massa della sostanza per la sua massa molare. Successivamente, si moltiplica il numero di moli per il numero di Avogadro per ottenere il numero totale di particelle. Ad esempio, per calcolare il numero di atomi in 10,0 g di ossigeno (O2), si divide la massa per la massa molare di O2 (32,00 g/mol), ottenendo 0,3125 moli, che moltiplicato per il numero di Avogadro (6,022 × 10^23 particelle/mol) fornisce circa 1,88 × 10^23 molecole di O2. Questo calcolo è essenziale in chimica per convertire le masse misurabili in numero di particelle, permettendo di eseguire bilanciamenti di reazione e calcoli stechiometrici.
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La temperatura come grandezza fisica
Definizione di temperatura
La temperatura è una grandezza fisica che indica il grado di agitazione termica delle particelle di un sistema
Termometri
Definizione di termometro
I termometri sono strumenti utilizzati per misurare la temperatura
Scale termometriche
Le scale termometriche più comuni sono la Celsius e la Fahrenheit, basate su punti di riferimento empirici come il punto di congelamento e di ebollizione dell'acqua
Termometro a gas a volume costante
Il termometro a gas a volume costante sfrutta la relazione diretta tra la pressione di un gas e la sua temperatura a volume costante, rendendolo uno standard universale per la misurazione della temperatura
La scala Kelvin
Definizione di scala Kelvin
La scala Kelvin è una scala termometrica assoluta che inizia dallo zero assoluto, il punto teorico in cui cessa ogni movimento termico delle particelle
Punto triplo dell'acqua
Definizione di punto triplo dell'acqua
Il punto triplo dell'acqua è una condizione di equilibrio termodinamico unica, adottata come uno dei due punti fissi per la definizione della scala Kelvin
Utilizzo del punto triplo dell'acqua
Il punto triplo dell'acqua è essenziale per la calibrazione degli strumenti di misura della temperatura e per la definizione dell'unità di misura della temperatura nel Sistema Internazionale
Relazione tra scala Celsius e Kelvin
La scala Kelvin è definita dal punto triplo dell'acqua e la sua relazione con la scala Celsius è espressa dalla formula T(K) = t(°C) + 273,15
La mole e la legge di Avogadro
Definizione di mole
La mole è l'unità di misura della quantità di sostanza nel Sistema Internazionale di Unità (SI)
Legge di Avogadro
La legge di Avogadro stabilisce che volumi uguali di gas ideali, a parità di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di molecole
Utilizzo della mole in chimica
La mole è fondamentale in chimica per convertire le masse misurabili in numero di particelle, permettendo di eseguire bilanciamenti di reazione e calcoli stechiometrici
La temperatura e la sua misurazione
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La ______ è una misura del livello di agitazione termica delle particelle in un sistema.
temperatura
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Gli strumenti utilizzati per misurare la temperatura sono noti come ______.
termometri
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Unità di misura della temperatura nel SI
Il kelvin (simbolo: K) è l'unità di misura della temperatura nel Sistema Internazionale.
