L’insegnante propone agli allievi un quesito: ”qual è il modo piu’ semplice di far variare la temperatura in un corpo?” : abbiamo visto il” trasferimento di “calore” da un corpo caldo posto a contatto con un altro corpo a temperatura diversa. Pero’ puo’ anche avvenire in altri modi:
si puo’ “trasferire calore” senza cambiare la temperatura (cambiamenti di stato [F1] [I1] [I2] [I3] [E1])
la temperatura puo’ cambiare senza che ci sia un “trasferimento di calore” (ad es. in una reazione chimica come la combustione, nell’irraggiamento, in presenza di attrito, nelle reazioni nucleari)
Esaminiamo solo il primo punto. L’insegnante indaga le conoscenze degli allievi con domande del tipo:
l’acqua è “un liquido”: cos’è il ghiaccio?
Se scaldo l’acqua, e la temperatura è abbastanza alta, l’acqua bolle: cosa succede?
E se il vapore va a contatto con una superficie, per esempio il vetro di una finestra, si formano delle goccioline, ma cosa sono queste gocce?
L’insegnate puo’ introdurre i tre stati della materia, esaminando anche cosa succede a livello molecolare, facendo notare che acqua, ghiaccio e vapore sono la stessa sostanza, che si trova in tre stati diversi. Dopo questa premessa puo’ passare ad occuparsi del come e perché avvengono i passaggi di stato.
[I1]
[I2][E1].
ESPERIMENTO
prendiamo una dozzina di cubetti di ghiaccio e mettiamoli in un contenitore. Introduciamo tra i cubetti un termometro che ne misuri la temperatura. Mescoliamo i cubetti e misuriamo la temperatura a intervalli regolari fino a quando tutto il ghiaccio si è completamente sciolto e per diversi minuti anche dopo. L’acqua che si è formata dal ghiaccio viene, nello stesso contenitore, riscaldata su un fornello o con una piastra elettrica. Registriamo le temperature a intervalli regolari fino a che l’acqua inizia a bollire e per alcuni minuti successivi. Esaminiamo i dati raccolti. I cubetti di ghiaccio avevano una temperatura di 0°C: il ghiaccio assorbe calore dall’esterno e gradualmente si scioglie trasformandosi in acqua. La miscela acqua + ghiaccio mantiene una temperatura costante di 0°C fino a che tutto il ghiaccio si è sciolto. A questo punto la temperatura inizia ad aumentare. Ponendo l’acqua sulla sorgente di calore, l’aumento della temperatura diventa piu’ rapido. Quando raggiunge i 100°C l’acqua comincia a bollire e questa temperatura rimane costante. Cosa deduciamo da questo? Fornendo calore in modo costante la temperatura non è aumentata né quando il ghiaccio si è sciolto né quando l’acqua si è trasformata in vapore. Per cosa è stato usato il calore? Gli alunni giungono a dedurre che esso è stato usato per cambiare lo stato della sostanza. Siamo giunti a una conclusione: durante i cambiamenti di stato la temperatura non cambia.
Durante l’esperimento abbiamo fornito all’acqua calore in modo costante ma la temperatura non è aumentata né quando il ghiaccio si è sciolto né quando l’acqua si è trasformata in vapore. Ma se il calore non è servito ad aumentare la temperatura della sostanza, per cosa è stato usato? È servito per cambiare lo stato della sostanza: tutto il calore fornito è usato per ottenere una nuova disposizione delle molecole che caratterizza lo stato in questione: non c’è energia disponibile per aumentare la temperatura fino a quando il passaggio di stato non è completato
