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fisica:esperimenti_a_casa:termoscopio

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LAB2GO Scienza

Il termoscopio

Descrizione

È capitato a tutti di dire che un oggetto o un ambiente è caldo o freddo. La sensazione di caldo o freddo, però è una sensazione soggettiva. Ad esempio se entriamo in una stanza, diremo che è fredda se prima ci trovavamo in un luogo più caldo e diremo che è calda se prima ci trovavamo in un luogo più freddo. Per poter dare una valutazione più oggettiva di caldo e freddo possiamo considerare una proprietà dei corpi, detta dilatazione termica, di aumentare o diminuire le proprie dimensioni se vengono riscaldati o raffreddati. In particolare, per oggetti in cui una dimensione è molto maggiore delle altre due, possiamo considerare una dilatazione lineare, per oggetti in cui dimensioni sono molto maggiori della terza possiamo considerare una dilatazione superficiale e per oggetti in cui le tre dimensioni sono tutte confrontabili tra loro, possiamo considerare una dilatazione volumetrica. Allora, detti $l_0$, $S_0$ e $V_0$ rispettivamente le dimensioni del corpo alla temperatura $t=0 °C$ e $\alpha$ il coefficiente di dilatazione lineare, la lunghezza $l$, la superficie $S$ e il volume $V$ di un corpo alla generica temperatura $t$ sono dati da: $$l\left(t\right)=l_{0}\left(1+\alpha t\right)$$ $$S\left(t\right)=S_{0}\left(1+2\alpha t\right)$$ $$V\left(t\right)=V_{0}\left(1+3\alpha t\right)$$ dove $\alpha$ è detto coefficiente di dilatazione termica e si misura in $1/°C$. Nel caso di liquidi e solidi il valore del coefficiente di dilatazione termica dipende dal materiale; invece, nel caso dei gas $\alpha=\frac{1}{273°C}$.

Figure 1: Dilatazione termica

Uno strumento basato sul fenomeno di dilatazione termica è il termoscopio, la cui invenzione è attribuita a Galileo Galilei. Esso è un dispositivo che ci permette di osservare i cambiamenti di temperatura ed è generalmente costituito da un’ampolla di vetro in cui è inserito un liquido ed è collegata a un tubicino sottile generalmente chiuso nella parte superiore. Alla temperatura ambiente, il liquido all’interno dell’ampolla si troverà a una certa altezza $h$ all’interno del tubicino. Variando le condizioni di temperatura, varierà anche l’altezza a cui il liquido si troverà nel tubicino. Ad es. se immergiamo il termoscopio in un un contenitore d’acqua a temperatura $t_{H20}$ maggiore della temperatura dell’ambiente, vedremo che il livello del liquido si innalzerà a causa del fenomeno della dilatazione termica. Al contrario, se immergiamo il termoscopio in un contenitore d’acqua a temperatura minore della temperatura ambiente, vedremo che il livello del liquido si abbasserà. Nel video seguente è rappresentato un termoscopio casalingo costruito da Fausto Casaburo, borsista Lab2Go 2019/20.


Strumenti

Strumenti necessari Descrizione
AcquaIl liquido utilizzato
Colorante Es. acquerello, per colorare l'acqua
Bottiglietta Per contenere l'acqua
Cannuccia trasparenteFunge da tubo dove s'innalzerà il livello dell'acqua
Colla a caldo o DAS Per sigillare

Realizzazione

Per realizzare il termoscopio:

  1. Effettuare un foro sul tappo della bottiglia e inserirvi la cannuccia in modo ce parte della cannuccia sia immersa nell'acqua contenuta nella bottiglietta
  2. Versare l'acqua nella bottiglietta
  3. Colorare l'acqua con il colorante
  4. Sigillare con la colla a caldo o con il DAS attorno alla cannuccia

Quando il termoscopio sarà pronto, l'acqua si troverà a una certa altezza $h$ all'interno della cannuccia quindi:

  1. Riscaldare l'acqua del termoscopio ad es. ponendo un phon vicino, o immergendo il termoscopio una bacinella con acqua calda e osservare che l'acqua del termoscopio si alzerà all'interno della cannuccia a causa della dilatazione termica;
  2. Raffreddare l'acqua del termoscopio e osservare che l'acqua all'interno della cannuccia inizierà a scendere.

Suggerimenti

Conoscendo la temperatura cui si trova il termoscopio è possibile tarare quest'ultimo ottenendo quindi un termometro.

Sitografia

Link Descrizione
Termoscopio Lab2Go
Dilatazione Termica Youmath

Schede didattiche

Schede didattiche Descrizione
Taratura di un termoscopioUnipa
fisica/esperimenti_a_casa/termoscopio.1590839685.txt.bz2 · Ultima modifica: 2022/09/12 10:02 (modifica esterna)