M00.9 – Fisica di base: massa, volume, densità, temperatura, calore ed energia¶
1. Obiettivi della lezione¶
Al termine di questa lezione sarai in grado di:
- distinguere massa, peso e volume;
- comprendere il concetto di densità;
- utilizzare le principali unità di misura fisiche;
- distinguere temperatura e calore;
- comprendere il significato di calore specifico e capacità termica;
- conoscere i principali stati della materia e i cambiamenti di stato;
- comprendere i meccanismi di trasferimento del calore;
- spiegare il ruolo dell'energia nei fenomeni atmosferici;
- collegare i principi fisici ai fenomeni meteorologici.
2. La materia e le sue proprietà¶
La materia è tutto ciò che possiede massa e occupa uno spazio.
L'aria, l'acqua, il ghiaccio, il terreno e le nubi sono costituiti da materia.
Per descrivere fisicamente un corpo o una sostanza utilizziamo diverse grandezze:
- massa;
- volume;
- densità;
- temperatura;
- energia.
Queste grandezze permettono di descrivere le caratteristiche della materia e le trasformazioni che può subire.
2.1 La massa¶
La massa indica la quantità di materia di un corpo.
Nel Sistema Internazionale l'unità di misura della massa è il chilogrammo (kg).
Altre unità utilizzate sono:
| Unità | Simbolo | Equivalenza |
|---|---|---|
| Tonnellata | t | 1000 kg |
| Chilogrammo | kg | 1 kg |
| Grammo | g | 0,001 kg |
| Milligrammo | mg | 0,000001 kg |
La massa non deve essere confusa con il peso.
2.2 La differenza tra massa e peso¶
La massa rappresenta una proprietà del corpo.
Il peso è invece una forza: è la forza gravitazionale esercitata su un corpo.
La relazione è:
P = m × g
Dove:
- P = peso, espresso in newton (N);
- m = massa, espressa in chilogrammi (kg);
- g = accelerazione di gravità, espressa in m/s².
Vicino alla superficie terrestre si utilizza normalmente:
g ≈ 9,81 m/s²
Esempio
Un corpo ha massa pari a 10 kg.
P = 10 × 9,81
P = 98,1 N
Il suo peso sulla superficie terrestre è circa 98,1 newton.
La massa rimane sostanzialmente invariata se il corpo viene trasportato sulla Luna, mentre il peso diminuisce perché la gravità lunare è inferiore.
2.3 Il volume¶
Il volume rappresenta lo spazio occupato da un corpo o da una sostanza.
Nel Sistema Internazionale si misura in metri cubi (m³).
Altre unità utilizzate frequentemente:
| Unità | Simbolo | Equivalenza |
|---|---|---|
| Metro cubo | m³ | 1000 litri |
| Decimetro cubo | dm³ | 1 litro |
| Litro | L | 0,001 m³ |
| Millilitro | mL | 0,001 litri |
| Centimetro cubo | cm³ | 1 mL |
Esempio
Un contenitore contiene 20 litri d'acqua.
20 L = 0,020 m³
Il volume dell'acqua è quindi 0,020 metri cubi.
3. La densità¶
La densità indica quanta massa è contenuta in una determinata quantità di volume.
La formula è:
ρ = m / V
Dove:
- ρ (rho) = densità;
- m = massa;
- V = volume.
Nel Sistema Internazionale la densità si esprime in kg/m³.
3.1 Esempio di calcolo¶
Un campione di sostanza ha:
- massa = 2 kg;
- volume = 0,001 m³.
Applicando la formula:
ρ = 2 / 0,001
ρ = 2000 kg/m³
La densità del campione è 2000 kg/m³.
3.2 Densità di alcune sostanze¶
I valori riportati sono indicativi e possono variare con temperatura, pressione e composizione.
| Sostanza | Densità indicativa |
|---|---|
| Aria secca a 20 °C e 1013 hPa | 1,20 kg/m³ |
| Acqua dolce a circa 20 °C | 998 kg/m³ |
| Ghiaccio vicino a 0 °C | 917 kg/m³ |
| Olio vegetale | 900–930 kg/m³ |
| Ferro | 7870 kg/m³ |
| Alluminio | 2700 kg/m³ |
La densità dell'aria è molto inferiore a quella dell'acqua.
Questo aspetto è fondamentale per comprendere il comportamento dei fluidi atmosferici.
3.3 Densità e galleggiamento¶
Un corpo immerso in un fluido può galleggiare, rimanere in equilibrio oppure affondare.
In condizioni semplici, il galleggiamento dipende dal confronto tra la densità media del corpo e quella del fluido.
- Se la densità media del corpo è inferiore a quella del fluido, il corpo tende a galleggiare.
- Se è superiore, tende ad affondare.
- Se è uguale, può rimanere in equilibrio immerso.
Il principio è importante anche per comprendere il comportamento delle masse d'aria.
4. La temperatura¶
La temperatura è una grandezza fisica che descrive lo stato termico di un corpo.
È collegata all'energia cinetica media delle particelle che costituiscono la materia.
Quando la temperatura aumenta, in generale aumenta anche l'energia cinetica media delle particelle.
La temperatura non misura direttamente la quantità totale di energia contenuta in un corpo.
4.1 Le scale termometriche¶
Le principali scale di temperatura sono:
- Celsius;
- Kelvin;
- Fahrenheit.
Nel Sistema Internazionale la temperatura termodinamica si misura in kelvin (K).
Nella meteorologia quotidiana si utilizza normalmente il grado Celsius (°C).
4.2 La scala Celsius¶
La scala Celsius assegna:
- 0 °C al punto di congelamento dell'acqua pura, in condizioni standard;
- 100 °C al punto di ebollizione dell'acqua pura alla pressione standard di 1 atmosfera.
Questi valori si riferiscono a condizioni di pressione definite.
4.3 La scala Kelvin¶
La scala Kelvin parte dallo zero assoluto.
Lo zero assoluto corrisponde a:
0 K = -273,15 °C
La conversione è:
K = °C + 273,15
Per passare da Kelvin a Celsius:
°C = K - 273,15
Esempio
Una temperatura di 20 °C corrisponde a:
20 + 273,15 = 293,15 K
4.4 La scala Fahrenheit¶
La conversione da Celsius a Fahrenheit è:
°F = (°C × 9/5) + 32
La conversione inversa è:
°C = (°F - 32) × 5/9
Esempio
20 °C corrispondono a:
(20 × 9/5) + 32 = 68 °F
4.5 Differenza tra temperatura e quantità di energia¶
Due corpi possono avere la stessa temperatura ma contenere quantità differenti di energia termica.
Per esempio:
- una piccola tazza d'acqua a 50 °C;
- una grande vasca d'acqua a 50 °C.
La temperatura è uguale, ma la quantità complessiva di energia interna è molto diversa.
La differenza dipende anche dalla massa e dalle proprietà della sostanza.
5. Il calore e l'energia termica¶
Il calore è energia trasferita tra sistemi a causa di una differenza di temperatura.
Il calore passa spontaneamente dal corpo a temperatura maggiore verso quello a temperatura minore.
Il trasferimento continua fino al raggiungimento dell'equilibrio termico, se il sistema è isolato dall'esterno.
Nel Sistema Internazionale il calore si misura in joule (J).
5.1 La differenza tra calore e temperatura¶
Temperatura e calore non sono sinonimi.
La temperatura descrive lo stato termico di un corpo.
Il calore è energia che viene trasferita da un corpo a un altro per effetto di una differenza di temperatura.
Esempio
Se introduciamo un cucchiaio freddo in una tazza di acqua calda:
- l'acqua cede energia;
- il cucchiaio riceve energia;
- la temperatura dell'acqua diminuisce leggermente;
- la temperatura del cucchiaio aumenta.
L'energia trasferita sotto forma di calore determina queste variazioni.
6. Il calore specifico¶
Il calore specifico indica quanta energia occorre fornire a un chilogrammo di una sostanza per aumentarne la temperatura di un kelvin, senza cambiamenti di stato.
La formula è:
Q = m × c × ΔT
Dove:
- Q = calore trasferito, in joule (J);
- m = massa, in chilogrammi (kg);
- c = calore specifico, in J/(kg × K);
- ΔT = variazione di temperatura, in kelvin (K) o in gradi Celsius (°C) come differenza.
Il simbolo ΔT indica la differenza tra temperatura finale e iniziale.
6.1 Calore specifico dell'acqua¶
Il calore specifico dell'acqua liquida è circa:
c = 4180 J/(kg × K)
Questo valore è elevato rispetto a quello di molte altre sostanze.
Significa che l'acqua richiede molta energia per aumentare la propria temperatura.
6.2 Esempio di calcolo¶
Vogliamo riscaldare 2 kg di acqua da 20 °C a 30 °C.
Dati:
- m = 2 kg;
- c = 4180 J/(kg × K);
- ΔT = 30 - 20 = 10 °C.
Calcolo:
Q = 2 × 4180 × 10
Q = 83.600 J
Sono necessari circa 83,6 kJ di energia, trascurando le dispersioni.
6.3 Perché il calore specifico dell'acqua è importante in meteorologia¶
L'acqua può assorbire e cedere grandi quantità di energia con variazioni relativamente contenute della propria temperatura.
Per questo motivo:
- il mare si riscalda e si raffredda più lentamente del terreno;
- le zone costiere presentano spesso temperature meno estreme;
- gli oceani accumulano e trasportano grandi quantità di energia;
- le masse d'acqua influenzano il clima delle regioni circostanti.
Il mare svolge quindi un ruolo fondamentale nella regolazione termica del pianeta.
7. La capacità termica¶
La capacità termica indica la quantità di energia necessaria per aumentare di un kelvin la temperatura di un intero corpo.
Si indica generalmente con C.
La relazione è:
C = Q / ΔT
L'unità di misura è J/K.
La capacità termica dipende sia dalla massa sia dal materiale.
Per un corpo omogeneo:
C = m × c
Dove:
- C = capacità termica;
- m = massa;
- c = calore specifico.
Un corpo di grande massa può avere una capacità termica elevata anche se il materiale che lo costituisce non possiede un calore specifico particolarmente alto.
8. Gli stati della materia¶
La materia può presentarsi in diversi stati fisici.
I tre stati più comuni sono:
- solido;
- liquido;
- gassoso.
Esiste anche lo stato di plasma, presente per esempio nel Sole e in altri ambienti caratterizzati da temperature molto elevate.
8.1 Stato solido¶
In un solido:
- la materia mantiene una forma propria;
- il volume è generalmente definito;
- le particelle sono legate tra loro e oscillano intorno a posizioni di equilibrio.
Esempi meteorologici:
- ghiaccio;
- neve;
- grandine.
8.2 Stato liquido¶
In un liquido:
- il volume è generalmente definito;
- la forma dipende dal contenitore;
- le particelle possono muoversi reciprocamente.
Esempi:
- acqua piovana;
- gocce nelle nubi;
- acqua presente nei laghi e nei mari.
8.3 Stato gassoso¶
In un gas:
- la forma non è definita;
- il volume dipende dallo spazio disponibile;
- le particelle sono molto più libere di muoversi.
L'aria atmosferica è una miscela di gas.
Il vapore acqueo è la forma gassosa dell'acqua presente nell'atmosfera.
È importante non confondere il vapore acqueo, che è invisibile, con le goccioline liquide o i cristalli di ghiaccio che rendono visibili molte nubi.
9. I cambiamenti di stato¶
La materia può passare da uno stato fisico a un altro quando scambia energia.
I principali cambiamenti di stato sono:
| Passaggio | Nome |
|---|---|
| Solido → liquido | Fusione |
| Liquido → solido | Solidificazione |
| Liquido → gas | Vaporizzazione |
| Gas → liquido | Condensazione |
| Solido → gas | Sublimazione |
| Gas → solido | Deposizione o brinamento |
9.1 Fusione¶
È il passaggio dallo stato solido a quello liquido.
Esempio: la neve si scioglie e diventa acqua.
9.2 Solidificazione¶
È il passaggio dallo stato liquido a quello solido.
Esempio: l'acqua forma ghiaccio quando raggiunge condizioni adatte al congelamento.
9.3 Evaporazione¶
È il passaggio dallo stato liquido a quello gassoso che avviene dalla superficie del liquido.
Può verificarsi anche a temperature inferiori al punto di ebollizione.
Esempio: l'acqua evapora da una superficie bagnata anche quando la temperatura è inferiore a 100 °C.
9.4 Ebollizione¶
È una forma di vaporizzazione che interessa il liquido in tutta la sua massa, con formazione di bolle.
La temperatura di ebollizione dipende dalla pressione.
Per l'acqua pura, alla pressione standard di 1 atmosfera, il valore è circa 100 °C.
9.5 Condensazione¶
È il passaggio dallo stato gassoso a quello liquido.
Esempio meteorologico:
Il vapore acqueo può condensare in piccole gocce quando l'aria raggiunge la saturazione e sono disponibili condizioni favorevoli alla formazione delle goccioline.
Questo processo contribuisce alla formazione delle nubi.
9.6 Sublimazione e deposizione¶
La sublimazione è il passaggio diretto da solido a gas.
La deposizione è il passaggio diretto da gas a solido.
Esempio: la formazione di cristalli di ghiaccio su una superficie fredda può avvenire attraverso la deposizione del vapore acqueo.
10. Calore latente¶
Durante un cambiamento di stato una sostanza può assorbire o cedere energia senza che la temperatura cambi, se il processo avviene in condizioni di equilibrio alla pressione considerata.
Questa energia è associata al calore latente.
La formula è:
Q = m × L
Dove:
- Q = energia trasferita, in joule;
- m = massa, in chilogrammi;
- L = calore latente specifico, in J/kg.
10.1 Calore latente di fusione¶
È l'energia necessaria per trasformare un chilogrammo di sostanza solida in liquido, alla temperatura di fusione.
Per il ghiaccio vicino a 0 °C:
Lfus ≈ 334.000 J/kg
10.2 Calore latente di vaporizzazione¶
È l'energia necessaria per trasformare un chilogrammo di liquido in vapore, nelle condizioni considerate.
Per l'acqua vicino a 100 °C e alla pressione standard:
Lvap ≈ 2.257.000 J/kg
Il valore dipende dalla temperatura e dalla pressione.
10.3 Importanza del calore latente in meteorologia¶
I cambiamenti di stato dell'acqua svolgono un ruolo essenziale nell'atmosfera.
Durante l'evaporazione:
- l'acqua assorbe energia dall'ambiente;
- questa energia viene immagazzinata nel vapore acqueo.
Durante la condensazione:
- il vapore acqueo torna allo stato liquido;
- viene liberata energia nell'ambiente circostante.
Il calore latente contribuisce all'energia disponibile nei sistemi atmosferici e influenza lo sviluppo di nubi, temporali e cicloni.
11. I tre meccanismi di trasferimento del calore¶
Il calore può essere trasferito attraverso tre meccanismi principali:
- conduzione;
- convezione;
- irraggiamento.
11.1 Conduzione¶
La conduzione è il trasferimento di energia attraverso la materia senza trasporto macroscopico del materiale nel suo insieme.
È particolarmente importante nei solidi.
Esempio:
Un cucchiaio metallico immerso in una bevanda calda si riscalda progressivamente anche nella parte non immersa.
Applicazione meteorologica:
Il terreno assorbe energia solare e trasferisce calore agli strati d'aria immediatamente a contatto con la superficie.
11.2 Convezione¶
La convezione è il trasferimento di energia associato al movimento di un fluido, come un liquido o un gas.
Nell'atmosfera la convezione ha un ruolo fondamentale.
Esempio:
- il Sole riscalda il terreno;
- il terreno trasferisce energia all'aria vicina;
- una porzione d'aria può diventare più calda;
- se diventa meno densa dell'ambiente circostante, può salire;
- altra aria può occupare lo spazio lasciato libero.
Questo movimento contribuisce alla formazione delle correnti convettive.
La convezione atmosferica è influenzata anche da umidità, pressione, stabilità atmosferica e condizioni ambientali.
11.3 Irraggiamento¶
L'irraggiamento è il trasferimento di energia attraverso onde elettromagnetiche.
Non richiede un mezzo materiale e può avvenire anche nel vuoto.
Esempio:
Il Sole trasferisce energia alla Terra attraverso lo spazio mediante radiazione elettromagnetica.
Anche la superficie terrestre emette radiazione, prevalentemente nell'infrarosso.
L'energia assorbita ed emessa dalla superficie e dall'atmosfera è fondamentale per il bilancio energetico terrestre.
12. Pressione, volume e temperatura di un gas¶
L'aria è una miscela di gas e obbedisce, in prima approssimazione, alle leggi dei gas.
Una relazione importante è l'equazione dei gas perfetti:
p × V = n × R × T
Dove:
- p = pressione assoluta, in pascal;
- V = volume, in metri cubi;
- n = quantità di sostanza, in moli;
- R = costante universale dei gas;
- T = temperatura assoluta, in kelvin.
Questa equazione permette di collegare pressione, volume e temperatura di un gas.
12.1 Relazione tra temperatura e volume¶
Se la pressione e la quantità di gas rimangono costanti, il volume è proporzionale alla temperatura assoluta.
Questa relazione è nota come legge di Charles.
Quando un gas viene riscaldato a pressione costante, tende a espandersi.
12.2 Relazione tra temperatura e pressione¶
Se il volume e la quantità di gas rimangono costanti, la pressione è proporzionale alla temperatura assoluta.
Un aumento della temperatura comporta quindi un aumento della pressione in un recipiente rigido e chiuso.
12.3 Applicazione all'atmosfera¶
L'atmosfera non è un recipiente rigido e chiuso.
L'aria può espandersi, comprimersi e muoversi.
Quando una massa d'aria viene riscaldata, può espandersi e diventare meno densa rispetto all'aria circostante.
Questo può favorire la salita della massa d'aria e lo sviluppo di moti convettivi.
È importante ricordare che il comportamento effettivo dipende anche dalla pressione, dall'umidità e dalle condizioni dell'atmosfera circostante.
13. Energia e potenza¶
L'energia è la capacità di un sistema di produrre trasformazioni o compiere lavoro.
Nel Sistema Internazionale si misura in joule (J).
Alcune forme di energia sono:
- energia cinetica;
- energia potenziale;
- energia termica interna;
- energia chimica;
- energia elettrica;
- energia radiante.
13.1 Energia cinetica¶
È l'energia associata al movimento di un corpo.
La formula è:
Ec = 1/2 × m × v²
Dove:
- Ec = energia cinetica;
- m = massa;
- v = velocità.
In meteorologia il vento è aria in movimento e possiede energia cinetica.
13.2 Energia potenziale gravitazionale¶
È l'energia associata alla posizione di un corpo in un campo gravitazionale.
La formula, vicino alla superficie terrestre, è:
Ep = m × g × h
Dove:
- Ep = energia potenziale;
- m = massa;
- g = accelerazione di gravità;
- h = altezza rispetto a un livello di riferimento.
L'aria che viene sollevata in atmosfera può trasformare parte della propria energia potenziale e interagire con i processi dinamici atmosferici.
13.3 La potenza¶
La potenza indica la quantità di energia trasferita o trasformata nell'unità di tempo.
La formula è:
P = E / t
Dove:
- P = potenza, in watt (W);
- E = energia, in joule (J);
- t = tempo, in secondi (s).
Un watt equivale a un joule al secondo.
In meteorologia la potenza per unità di superficie è spesso espressa in W/m².
Questa unità viene utilizzata, per esempio, per descrivere i flussi di energia radiativa.
14. Applicazioni meteorologiche dei principi fisici¶
I concetti studiati trovano applicazione diretta nell'atmosfera.
14.1 Riscaldamento del terreno¶
La radiazione solare raggiunge la superficie terrestre.
Il terreno assorbe una parte dell'energia e aumenta la propria temperatura.
Successivamente trasferisce energia agli strati d'aria vicini, soprattutto attraverso scambi di calore sensibile e processi turbolenti.
14.2 Formazione delle correnti convettive¶
Quando il terreno riscalda l'aria sovrastante:
- l'aria può aumentare la propria temperatura;
- a pressione simile può diminuire la propria densità;
- può svilupparsi una spinta verso l'alto;
- si possono formare correnti ascendenti.
Se l'aria sale e si espande a causa della diminuzione della pressione, generalmente si raffredda.
Se raggiunge la saturazione, può iniziare la condensazione del vapore acqueo e formarsi una nube.
14.3 Il ruolo dell'acqua¶
L'acqua influenza fortemente il bilancio energetico atmosferico.
Evaporazione e condensazione permettono il trasferimento di energia attraverso il calore latente.
Il ciclo dell'acqua è quindi anche un ciclo di trasferimento dell'energia.
14.4 Il mare e il clima¶
Il mare assorbe e immagazzina grandi quantità di energia.
Grazie al suo elevato calore specifico, la temperatura dell'acqua varia generalmente più lentamente rispetto a quella del terreno.
Le differenze di riscaldamento tra mare e terra contribuiscono alla formazione delle brezze costiere.
14.5 Le brezze di mare e di terra¶
Durante il giorno il terreno tende a riscaldarsi più rapidamente del mare.
L'aria sopra la terra può diventare più calda e salire.
L'aria relativamente più fresca sopra il mare può muoversi verso la costa.
Si sviluppa così la brezza di mare.
Durante la notte il terreno tende a raffreddarsi più rapidamente del mare.
Le differenze termiche possono invertirsi e favorire una brezza di terra, diretta dalla costa verso il mare.
Questi fenomeni dipendono anche dalla circolazione atmosferica generale e dalle condizioni locali.
15. Errori comuni da evitare¶
- Confondere massa e peso.
- Confondere volume e densità.
- Considerare temperatura e calore come sinonimi.
- Pensare che un corpo più caldo contenga sempre più energia totale di un corpo più freddo.
- Dimenticare che il calore specifico dipende dalla sostanza.
- Confondere evaporazione ed ebollizione.
- Considerare il vapore acqueo visibile: il vapore è invisibile, mentre le goccioline e i cristalli di ghiaccio possono essere visibili.
- Pensare che il calore si trasferisca soltanto per contatto.
- Confondere conduzione e convezione.
- Pensare che l'aria calda salga sempre indipendentemente dalle condizioni circostanti.
- Dimenticare che la temperatura assoluta nelle equazioni dei gas deve essere espressa in kelvin.
- Confondere energia e potenza.
16. Esercizi di verifica¶
Esercizio 1 – Massa e peso¶
Un oggetto ha massa di 15 kg.
Calcola il suo peso sulla superficie terrestre utilizzando g = 9,81 m/s².
Esercizio 2 – Densità¶
Un campione ha massa di 5 kg e volume di 0,002 m³.
Calcola la densità.
Esercizio 3 – Conversione della temperatura¶
Converti 25 °C in kelvin.
Esercizio 4 – Calore specifico¶
Calcola l'energia necessaria per riscaldare 1 kg di acqua da 20 °C a 40 °C.
Utilizza:
c = 4180 J/(kg × K)
Esercizio 5 – Calore latente¶
Quanta energia occorre per fondere 2 kg di ghiaccio a 0 °C?
Utilizza:
Lfus = 334.000 J/kg
Esercizio 6 – Potenza¶
Un dispositivo trasferisce 12.000 J di energia in 60 secondi.
Calcola la potenza media.
Esercizio 7 – Trasferimento del calore¶
Indica quale meccanismo prevale nei seguenti casi:
a) Il Sole riscalda la superficie terrestre.
b) Un cucchiaio metallico si riscalda immerso in acqua calda.
c) Una massa d'aria calda sale nell'atmosfera.
Esercizio 8 – Applicazione meteorologica¶
Spiega perché durante il giorno il terreno tende a riscaldarsi più rapidamente del mare e quale conseguenza può avere questo fenomeno sulla circolazione dell'aria lungo le coste.
17. Soluzioni degli esercizi¶
Soluzione 1 – Massa e peso¶
P = m × g
P = 15 × 9,81
P = 147,15 N
Il peso è circa 147,15 newton.
Soluzione 2 – Densità¶
ρ = m / V
ρ = 5 / 0,002
ρ = 2500 kg/m³
La densità è 2500 kg/m³.
Soluzione 3 – Conversione della temperatura¶
K = °C + 273,15
K = 25 + 273,15
K = 298,15 K
Soluzione 4 – Calore specifico¶
Q = m × c × ΔT
ΔT = 40 - 20 = 20 °C
Q = 1 × 4180 × 20
Q = 83.600 J
Sono necessari 83,6 kJ.
Soluzione 5 – Calore latente¶
Q = m × L
Q = 2 × 334.000
Q = 668.000 J
Sono necessari 668 kJ.
Soluzione 6 – Potenza¶
P = E / t
P = 12.000 / 60
P = 200 W
Soluzione 7 – Trasferimento del calore¶
a) Irraggiamento: l'energia solare raggiunge la Terra attraverso onde elettromagnetiche.
b) Conduzione: l'energia passa attraverso il materiale metallico.
c) Convezione: l'energia viene trasportata dal movimento della massa d'aria.
Soluzione 8 – Applicazione meteorologica¶
Il terreno ha generalmente un comportamento termico diverso da quello dell'acqua e tende a riscaldarsi più rapidamente durante il giorno.
L'aria sopra il terreno può diventare più calda e salire.
L'aria relativamente più fresca sopra il mare può muoversi verso la costa, contribuendo alla formazione della brezza di mare.
18. Glossario¶
| Termine | Significato |
|---|---|
| Massa | Quantità di materia di un corpo |
| Peso | Forza gravitazionale esercitata su un corpo |
| Volume | Spazio occupato da un corpo o da una sostanza |
| Densità | Rapporto tra massa e volume |
| Temperatura | Grandezza che descrive lo stato termico di un sistema |
| Calore | Energia trasferita a causa di una differenza di temperatura |
| Energia | Grandezza fisica associata alla possibilità di produrre trasformazioni o lavoro |
| Calore specifico | Energia necessaria per aumentare di un kelvin la temperatura di un chilogrammo di sostanza |
| Capacità termica | Energia necessaria per aumentare di un kelvin la temperatura di un corpo |
| Calore latente | Energia trasferita durante un cambiamento di stato |
| Conduzione | Trasferimento di calore attraverso la materia senza trasporto macroscopico del materiale |
| Convezione | Trasferimento di energia associato al movimento di un fluido |
| Irraggiamento | Trasferimento di energia attraverso onde elettromagnetiche |
| Evaporazione | Passaggio dalla fase liquida a quella gassosa dalla superficie |
| Condensazione | Passaggio dalla fase gassosa a quella liquida |
| Fusione | Passaggio dallo stato solido a quello liquido |
| Solidificazione | Passaggio dallo stato liquido a quello solido |
| Potenza | Energia trasferita nell'unità di tempo |
| Gas perfetto | Modello fisico semplificato utilizzato per descrivere il comportamento dei gas |
19. Riepilogo della lezione¶
I concetti fondamentali da ricordare sono:
- La massa misura la quantità di materia.
- Il peso è una forza dovuta alla gravità.
- Il volume misura lo spazio occupato.
- La densità è il rapporto tra massa e volume.
- La temperatura descrive lo stato termico di un sistema.
- Il calore è energia trasferita a causa di una differenza di temperatura.
- Il calore specifico descrive quanta energia occorre per riscaldare una determinata massa.
- Durante i cambiamenti di stato interviene il calore latente.
- Il calore può essere trasferito per conduzione, convezione e irraggiamento.
- L'acqua ha un calore specifico elevato e svolge un ruolo fondamentale nel clima.
- La convezione contribuisce ai moti verticali dell'atmosfera.
- L'evaporazione e la condensazione trasferiscono energia attraverso il calore latente.
- Il Sole è la principale sorgente di energia del sistema climatico terrestre.
Concetto chiave: i fenomeni meteorologici sono legati agli scambi di energia tra Sole, superficie terrestre, oceani e atmosfera. Comprendere questi scambi significa iniziare a comprendere il funzionamento del sistema atmosferico.