Perche' la vita sia possibile e' necessario che la temperatura di un pianeta non sia troppo bassa ne' troppo alta.
In particolare, l'acqua deve poter esistere nei suoi tre stati tipici: liquido, solido, gassoso.
Ma da che cosa dipende la temperatura di un corpo? La causa e' il suo calore che e' una forma di energia, chiamata energia termica.
La differenza tra un corpo caldo e uno piu' freddo sta negli atomi e nelle molecole che lo formano: le particelle di un corpo caldo si muovono più velocemente di quelle di uno freddo.
CALORE E TEMPERATURA SONO MOLTO, MOLTO DIVERSI
Mettiamo due pentolini uguali su fuochi di uguale intensita'.
Nel primo (A) mettiamo un litro d'acqua, nell'altro (B) un decilitro (la decima parte).
Quale dei due bollira' prima?
Il B, che ha una quantita' minore di materia.
Ma abbiamo fornito lo stesso calore, dunque la temperatura e' diversa (in B=100°C, in A<100°C), pur avendo impiegato la stessa energia termica.
La temperatura e' una misura del calore (grado di agitazione delle molecole) di un corpo.
Il calore si misura in joule (J), che e' anche l'unita' di misura del lavoro e dell'energia.
La temperatura si misura in kelvin (0 K= -273,15°C)
IL CALORE SI TRASMETTE
Cosa succede se un corpo caldo viene a contatto con uno freddo? Il corpo freddo si riscalda e quello caldo si raffredda finche' i due non raggiungono la parita', l'equilibrio termico. Questo fenomeno si chiama conduzione.
Ma esistono altri due modi per trasmettere energia termica.
Per convezione, quando la trasportano dei liquidi o dei gas. Per es., l'acqua nei termosifoni.
Il calore può trasmettersi anche senza contatto e senza trasporto di materia, in questi casi il fenomeno si dice irraggiamento. Ogni corpo caldo, infatti, emette radiazioni che trasportano l'energia termica attraverso lo spazio, senza intervento di alcuna materia.
Avviene, per esempio, tra il Sole e i corpi del sistema solare, pianeti, satelliti, asteroidi, comete.
IL CALORE CAMBIA IL VOLUME DELLA MATERIA
In genere, quando un qualunque corpo viene riscaldato si dilata e quando viene raffreddato esso si contrae, questo fenomeno si chiama dilatazione termica.
La dilatazione termica dipende da due fattori principali:
- la variazione della temperatura
- il tipo di materiale.
L'acqua è l'unico liquido che non segue la legge della dilatazione termica nell'intervallo di temperatura compreso tra 0°C e 4°C. Infatti, quando congeliamo l'acqua il suo volume aumenta e l'acqua solida risulta piu' leggera di quella liquida, confrontando volumi uguali. Questo comportamento è anomalo, ma importante per la vita: anche se laghi e fiumi possono ghiacciare questo avviene solo in superficie e i pesci possono sopravvivere nell'acqua piu' profonda, ancora liquida.
I CAMBIAMENTI DI STATO
La materia si presenta normalmente in tre situazioni, chiamati stati:
- solido, le molecole sono vicine tra loro
- liquido, le molecole sono meno vicine e scorrono una sopra l'altra dando al corpo la liberta' di deformarsi (es., acqua versata in un contenitore prende la forma di esso)
- gassoso, le molecole sono totalmente libere, prive di legami, permettendo ai gas totale espansione nello spazio attorno.
Quando una sostanza passa da uno stato all'altro, per esempio da solido a liquido, subisce un cambiamento di stato. Se un cubetto di ghiaccio viene riscaldato si fonde in acqua, se continuiamo a scaldarla, allora diventa vapore acqueo.
Se aggiungiamo calore, un corpo passa …
- da solido a liquido → fusione
- da liquido a gas → evaporazione
Se togliamo calore, un corpo passa …
- da gas a liquido → condensazione
- da liquido a solido → solidificazione
Se aggiungiamo molto calore, allora un corpo puo' passare direttamente da solido a gas → sublimazione.
Anche se togliamo molto calore, un corpo puo' passare direttamente da gas a solido → brinamento.
TRASPIRAZIONE E REGOLAZIONE DELLA TEMPERATURE
Quando facciamo attività fisica la nostra temperatura aumenta, da 37°C fino a 40°C.
Il nostro corpo , quindi, ha bisogno di raffreddarsi. Ghiandole della pelle producono sudore che, evaporando, toglie calore al corpo.
IL TERMOMETRO
Il termometro e' lo strumento usato per misurare la temperature di un corpo.
Esso e' formato da un tubo di vetro contenente una colonna piena di un liquido.
Questo liquido e' in grado di salire o di scendere a seconda della differenza di calore.
Se il termometro e' messo in una bacinella con ghiaccio fondente, al livello del liquido viene assegnato il numero 0 (0°C).
Se lo mettiamo in una pentola con acqua che bolle, il livello aumenta: e' il 100 (100°C).
Dividendo l'intervallo tra 0 e 100 in cento parti uguali, abbiamo la possibilita' di misurare la temperatura di un corpo. Questa e' la scala Celsius.
Nei paesi di lingua inglese, accanto ad essa c'e' anche la scala Fahrenheit.
IL MOTO BROWNIANO
Come per gli altri corpi-sostanze, le molecole d'acqua si agitano, manifestando il calore che possiedono.
Esse spostano eventuali altre sostanze presenti, per esempio, molecole di inchiostro o piccoli granelli di polline (cellule riproduttive maschili delle piante, prodotte dai fiori). Questo movimento viene chiamato browniano, dal nome di Robert Brown, scienziato inglese vissuto tra il 1700 e il 1800.