LA DILATAZIONE TERMICA
“È quel fenomeno fisico secondo cui un corpo (solido, liquido o gassoso) aumenta di volume all’aumentare della temperatura”.
Chi non conosce l’argomento resta perplesso. Non ha mai notato che la pentola che utilizza per cuocere la pasta si ingrandisce sul fornello mentre attende che l’acqua viene a bollire, non ha mai visto crescere la sua tazzina mentre la riempie del caffè caldo appena uscito dalla moka né il suo cucchiaio è mai diventato grande come un mestolo quando lo immerge nel brodo bollente.
In realtà gli ingrandimenti sono dell’ordine dei centesimi di millimetro, perciò non sono appariscenti e si possono misurare solo con apposita strumentazione.
La lunghezza di un oggetto è legata alla temperatura dalla formula:
l_t=l_0 (1+λt)
dove
l_t è la lunghezza dell’oggetto ad una certa temperatura t
l_0 è la lunghezza dello stesso oggetto alla temperatura di 0°C
λ è il così detto “coefficiente di dilatazione lineare”
t è la temperatura espressa in °CSe riscriviamo la formula in modo diverso:
l_t=l_0+l_0 λt
si vede più facilmente che la lunghezza di un oggetto è uguale alla lunghezza che aveva a 0°C più un certo allungamento che dipende dal coefficiente di dilatazione lineare e dalla temperatura.
Il coefficiente di dilatazione lineare λ indica di quanto si allunga una barretta di 1 metro quando la sua temperatura aumenta di 1 °C, e dipende dal materiale con cui è fatta. Per il ferro λ=0.000012, per il rame λ=0.000017, per l’oro λ=0.000015. Cioè se si aumenta di 1 °C la sua temperatura, una barra di 1 metro si allunga di poco più di un centesimo di millimetro. Al riscaldamento di 100 °C corrisponde un allungamento di poco più di 1 mm, certamente impercettibile senza adeguata strumentazione.
I ragazzi di IV liceo del Luigi Sodo hanno verificato la dilatazione termica in alcuni esperimenti qualitativi realizzati nel laboratorio di fisica della scuola nel mese di ottobre 2019.
VERIFICA QUALITATIVA DELLA DILATAZIONE TERMICA
Strumenti, apparecchi e materiali utilizzati:
- dilatometro
- anello di Gravesande
- barretta bimetallica
- becco bunsen
Primo esperimento: VISUALIZZAZIONE DELL’ALLUNGAMENTO CON IL DILATOMETRO
Il dilatometro è un apparecchio che permette di visualizzare la dilatazione termica di una barretta metallica. Il piccolo allungamento della barretta dovuto al riscaldamento è amplificato da un sistema di ingranaggi e fa ruotare l’indice di una scala graduata.
Nel laboratorio di fisica del liceo Luigi Sodo è presente un dilatometro di notevole interesse storico, databile agli inizi del 1900.
Riscaldando la barretta metallica con il becco bunsen notiamo la sua dilatazione osservando la progressiva rotazione dell’indice dell’apparecchio.
Secondo esperimento: ANELLO DI GRAVESANDE
È costituito da una sferetta metallica leggermente più piccola del diametro interno di un anello. In condizioni normali la sferetta passa attraverso l’anello.
Riscaldata con il becco bunsen la sferetta si dilata e non riesce più a passare rimanendo appoggiata sull’anello. Dopo un poco di tempo l’anello si riscalda e la sferetta si raffredda perciò e ritorna a passare.
Terzo esperimento: BARRETTA BIMETALLICA
Abbiamo preparato un dispositivo costituito da due lamine di metalli diversi, perciò di coefficiente di dilatazione diverso, sovrapposte e saldate per gli estremi. Riscaldando il sistema con il becco bunsen le due lamine si allungano in modo diverso e, non potendo scorrere una sull’altra, si separano al centro e si incurvano con lamina di coefficiente più piccolo all’interno della curvatura. Quando il sistema si raffredda le lamine tornano sovrapposte.
Il video degli esperimenti sulla dilatazione termica è disponibile sul sito del liceo Luigi Sodo www.liceosodo.com:
oppure su YouTube al canale “liceosodo”
Con il prof. Franco Gismondi hanno realizzato l’esperimento i ragazzi di IV liceo: Letizia Battaglia, Asia Ferretti, Lucia Florio, Luigi Foschini, Benedetta Mastrobuoni, Carmen Pannella, Luisa Parente, Rosalia Perfetto, Antonio Vitelli.
RICEVIAMO E PUBBLICHIAMO
Prof. Franco Gismondi
