blog tavolo termodinamica

In questa sezione i commenti sono AMMESSI (anzi, benvenuti … ).

Per partire con la discussione ecco una proposta di mappa concettuale (versione zero.zero). Ho messo tutto quello che mi è sembrato utile per etichettare le “voci” standard del tema. Però ho evidenziato in tre blocchi contornati in rosso le aree sulle quali pensavo utile una nostra riflessione e proposta didattica.

Il blocco centrale, che unisce punti di vista “micro” e “macro”, è il collegamento fondamentale che gli approcci statistici permettono fra la visione atomica e quella media, delle variabili di stato.

Il blocco di sinistra in basso (a partire dall’entropia) è quello che dovrebbe permettere una discussione teorica tale da condurre a una lettura alternativa del II (e mica solo) principio della termodinamica, con conseguenze fino alla teoria dell’informazione.

Il blocco a destra invece dovrebbe permettere una buona lettura sperimentale di molti nodi concettuali della termodinamica che, nella proposta attuale, fa particolare riferimento a questioni legate ai meccanismi di trasporto dell’energia (quelli di solito e non sempre in modo appropriato chiamati “conduzione del calore”).

Siccome questo è un tavolo aperto alla discussione mi aspetto critiche, commenti, aggiunte, tagli a quanto ho scritto.

Ecco il file PDF della mappa concettuale (e qui il DOC) preparato da SO.

Ecco qui il file PDF della mappa concettuale preparato da Elena P.

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36 risposte a blog tavolo termodinamica

  1. Mauro ha detto:

    Mi sembra un buon inizio.
    Poi servirà il contributo di tutti i partecipanti per sviluppare i vari punti.
    Ciao, Mauro

  2. gigi ha detto:

    preso atto

  3. Riccardo Dezulian ha detto:

    Sarebbe bello sapere chi ha scritto che cosa. Chi e’ l’autore (l’autrice?) della mappa concettuale?
    Riccardo

    • plstrento ha detto:

      Ciao Riccardo, scusa, davo per scontato che i post al di fuori del blog sapeste che sono opera mia. Dunque, certo, sono io l’autore della “provocazione” della mappa concettuale!
      ciao
      stefano

  4. Riccardo Dezulian ha detto:

    Grazie Stefano.
    Un’altra cosa: non riesco ad aprire il file protetto “2principio”. La password che avevamo ricevuto (PNLS2013) non va bene.
    Riccardo

  5. Paolo Caresia ha detto:

    La mappa è molto ricca: come si diceva dovremo fare delle scelte, concentrandoci di più sui blocchi evidenziati, ma tenendo presente gli agganci con gli altri. Ho iniziato a leggere il libro sul secondo principio: mi sembra molto interessante e penso potrà dare molti spunti per impostare i blocchi in basso a sinistra e in alto al centro.
    Dovremmo prevedere che i tre blocchi evidenziati potrebbero essere affrontati non in modo continuo, ma in tempi diversi: ad esempio coi nuovi programmi io ho parlato di temperatura, energia, calore e calori specifici in seconda, mentre avrei programmato il resto della termodinamica per la fine della terza o, probabilmente, l’inizio della quarta.
    Mi chiedevo anche dove inserire il discorso sull’efficienza delle macchine: quest’anno, stufo di parlare di energia meccanica e termica in modo separato (visto che nella realtà non lo sono mai), ho cercato di unire le due cose, parlando in generale di trasformazioni di energia e di rendimento, senza accennare al secondo principio, ma sfruttando in parte le interpretazioni microscopiche. In pratica avrei inserito la questione rendimento nel blocco di destra della mappa. La cosa è ancora in fase di sperimentazione, però mi sembra (seppure con delle difficoltà) che abbia aiutato a dare una panoramica più generale sulla questione dell’energia. Mi interesserebbe su questo l’opinione di tutti.
    Spero che si sia capito qualcosa di quello che ho scritto…

    • plstrento ha detto:

      Ciao Paolo, ti sei fatto capire benissimo. Secondo me hai ragione. In ogni caso, tanto per farti capire che con me sfondi porte aperte, nell’area materiali di questo sezione “formazione” carico una paginetta che riporta la mia proposta di linee guida per i piani di studio provinciali limitatamente al I e II biennio dei licei scientifici e alle competenze di termodinamica. Quando avevo letto quelle “Dibiliane” a stento mi sono trattenuto dal torpiloquio e ho dunque proposto (anche abbastanza) radicali a queste versioni delle linee guida, che però non sono ancora state pubblicate sul sito di IPRASE.

      • plstrento ha detto:

        (firma: Stefano Oss) 🙂

      • Paolo Caresia ha detto:

        A differenza di altre, mi sembrano delle linee guida molto concrete. Così dovrebbe essere!
        Secondo me già nel primo biennio una prima infarinatura (a livello qualitativo) sugli aspetti microscopici ci sta bene (che faccia parte dell’obbligo di istruzione!). Poi citerei le trasformazioni dell’energia, in modo da dare un’idea un po’ più unitaria di come si converte un tipo nell’altro e di come alcuni tipi di energia siano “più utili di altri” per un determinato scopo e come ci sia questa tendenza alla trasformazione dell’energia meccanica in termica e non viceversa.
        Nel secondo biennio queste cose potrebbero essere riprese, sistematizzate e indagate più in profondità (facendo perno sul concetto di entropia), ma averle già sentite nei primi due anni costituirebbe un buon punto di partenza.

  6. Stefano Oss ha detto:

    Caro Paolo, grazie per il tuo commento. Ho sentito oggi la direttrice di IPRASE, le nuove linee guida stanno per essere pubblicate a giorni su vivoscuola.
    Per quanto riguarda la questione dei “tipi” di energia, sono d’accordo con quanto dici. Starei solo attento a non fare della “tassonomia energetica” una questione vitale e primaria. E’ già difficile definire (o capire) “un tipo” di energia, suddividerla poi in sotto-specie potrebbe condurre a ulteriori problematiche.
    Questa è però una mia impressione, mi piacerebbe sentire altri commenti, altrimenti questo non è un blog ma una chat 1:1 con te (e non sei il mio tipo … :-))

    ciao

  7. plstrento ha detto:

    Riporto il commento di Elena P (la mappa concettuale è all’inizio di questa serie di commenti), vicina a quella da me caricata.

    s

  8. plstrento ha detto:

    Carissimi,
    Invio in allegato la mappa della termodinamica. Il corpo centrale rappresenta la traccia per una trattazione sistematica dell’argomento che può essere completata con la parte sperimentale e gli approfondimenti indicati nelle caselle esterne.
    Il risultato sarebbe una conoscenza molto articolata e completa, nei limiti delle conoscenze proponibili in una scuola superiore, ma difficile da realizzare in un unico periodo, per limiti di tempo e difficoltà di mantenere l’attenzione degli studenti per tanto tempo sullo stesso tema. E’ quindi preferibile, secondo me, suddividere la “storia” della termodinamica in molti “episodi” che possano essere interi in sé stessi, e possibilmente interlacciati con l’esperienza personale dello studente, con i suoi interessi e con l’attualità in modo da dare un senso concreto alla “storia”.
    E’ dunque opportuno utilizzare la mappa procedendo dall’esterno verso l’interno senza preoccuparsi della completezza poiché anche i singoli “episodi” risultano esserlo e senza preoccuparsi dell’eccessivo sbriciolamento dell’argomento poiché il filo conduttore che li unisce è il metodo scientifico, cioè la fisica, poiché la fisica è il suo metodo.

    (Elena P)

  9. plstrento ha detto:

    (da Stefano Oss)

    Direi che il tavolo langue.
    Non vorrei polarizzarlo, ma provo comunque a mettere a disposizione dei partecipanti quello che spero sia uno stimolo.
    Se i partecipanti non lo ritengono tale a me va benissimo ugualmente, l’importante è parlarne e costruirci sopra qualcosa, allo scopo di cambiare (se possibile: migliorare) quello che è già disponibile sul mercato.
    Eravamo rimasti alla questione di recuperare attenzione per la termodinamica da vari punti di vista, non ultimi quelli della valenza quotidiana e tecnologica di questa branca della fisica.
    Come già discusso, una possibilità è quella di interessarsi a questioni legate alla trasmissione dell’energia termica (proposta: cercherei di non parlare di “trasmissione del calore”, se poi vogliamo riferirci a quest’ultimo come a una modalità di trasferimento dell’energia: come si fa a trasmettere una modalità di trasferimento?)
    Eviterei un approccio accademico all’argomento. Quando si tratta di trasferire energia termica, di solito, si è al cospetto di situazioni molto banali di riscaldare/raffreddare (leggi: mantenere un appropriato gradiente di temperatura fra interno ed esterno) un ambiente domestico o lavorativo o quello che ci pare.
    Questo argomento andrebbe affrontato da un punto di vista molto veniale, ovvero quello del costo (economico, intendo) della procedura. Quanto pago (di bolletta: quali le unità di misura?) per mantenere la temperatura di 18°C nel mio appartamento finché siamo in questa irritante stagione con temperature mediamente più basse di 15°C di quella in casa?
    Potrebbe sembrare una domanda, ancorché interessante, di scarsa valenza scientifica. Ovviamente non è così.
    Anzitutto vi è il problema di chiarire bene il significato del termine quotidianamente inteso di calore. Non significa “ad alta temperatura”. E via dicendo. E poi tutte le questioni legate alla profonda (anche se non sempre evidente) asimmetria fra “caldo” e “freddo”: già gli antichi sapevano riscaldarsi in inverno. Niente da fare però per i disagi estivi, il condizionamento chiede secoli (se non millenni) di pensamenti e ripensamenti, di ricerca, di scoperte e invenzioni. Perché mai?
    Viene voglia di pensarci, spererei.
    Pensarci, nel mio modello, vuol dire mettersi in gioco con delle misure. Qualcuna “tradizionale”, di laboratorio “dimostrativo” (e per qualche studente forse un po’ palloso). Altre però di altro genere, più partecipato, in presenza, e forse anche più avvincente dal punto di vista delle tecnologie moderne.
    Proposta: parliamo di isolamento termico e proviamo a misurare i punti “freddi” (o caldi) di una stanza con una fotocamera IR (che mette a disposizione UniTN, ovviamente). Proviamo a far misurare i gradienti “secchi” di temperatura attraverso una lamina di spessore dato, oppure di spessore raddoppiato, oppure cambiando materiale, e via dicendo. Non sono misure facili, se devono essere quantitative. Ma sono accessibili se ci si accontenta di ottenere l’andamento essenziale delle grandezze in esame.
    Passiamo dalla lamina sottile singola al sandwich di lamine, parliamo di finestre a doppi vetri. Iniziamo a ragionare su un possibile, semplicissimo modello finito di conduzione energetica
    Ragioniamo su forni e refrigeratori. Parliamo di cottura di cibi. Individuiamo aspetti convettivi oltre che conduttivi.
    Esempi concreti, tecnologici, secondo me sono la chiave di lettura moderna della termodinamica (e non solo).
    Aspetterei vostre proposte su come collocare in pratica e con specifici, dettagliati esempi di natura sia sperimentale che teorica-speculativa i momenti fondanti di questa mia proposta. Io ho qualche idea ma non voglio interferire troppo in questa fase di brain-storming iniziale.

    • Paolo Caresia ha detto:

      Provo a rimediare alla mia latitanza da concorso con alcune considerazioni al volo (sulle quali sentitevi liberi di dire qualsiasi cosa), a partire dagli spunti di Stefano.
      Di solito quello della trasmissione dell’energia termica è un argomento a cui si dedica poco tempo: proprio per questo, si rischia che rimanga poco agli studenti. Sicuramente nella speranza che rimanga di più è utile rendere l’argomento interessante restando molto sul concreto. La camera a IR, ad esempio, è una cosa che non si dimentica così facilmente, soprattutto dopo aver detto quanto costa!
      Un approccio utile mi sembrerebbe:
      -brain-storming in cui si chiede di pensare ad esempi (situazioni, strumenti, fenomeni) in cui ci sia un trasferimento di energia termica (tipicamente si è già parlato di equilibrio termico e del concetto di calore). La scelta non manca, visto che si potrebbe citare praticamente qualsiasi cosa. Si può eventualmente indirizzare l’attenzione con domande specifiche (mi viene in mente: quali modi conoscete per scaldarvi?) Direi importante farsi spiegare bene perché hanno riportato un dato esempio e cercare di individuare in esso, con l’aiuto dei compagni, eventuali altri scambi di energia che non erano stati a prima vista notati
      -si cerca di raggruppare, tra i casi citati, quelli che presentano similarità. Lo scopo è quello di individuare i diversi modi di trasmissione e cercare di capire in quali casi si presenta uno o l’altro, o più d’uno.
      -a questo punto si può provare a studiare più in dettaglio uno di questo processi, tipicamente la conduzione, pensando e provando a realizzare misure per capire quali fattori influiscono sulla velocità del trasferimento. Con la camera IR si può ragionare anche sull’irraggiamento, vedere cosa succede al variare della temperatura e interponendo schermi tra sorgente e osservatore. Su questa parte non ho mai lavorato molto, quindi al momento non saprei esattamente cosa suggerire.
      -sulla base delle proprietà scoperte si possono discutere le caratteristiche/il funzionamento di alcuni strumenti (lampadine ad incandescenza, thermos, forni, impianti di riscaldamento, individuare i punti freddi di una stanza,…). Si può tirare in ballo la certificazione energetica degli elettrodomestici o delle case.
      -se si vuole dedicare più tempo, ricordo che l’applicazione dei concetti di resistenze termiche ad alcuni esercizi su muri e finestre risultava piuttosto interessante, quando lo facevo con i geometri.
      -non avevo considerato in precedenza questo argomento come un incipit per il II principio, ma ora direi proprio che (visti i tanti esempi pratici) dovrebbe a questo punto essere facile far notare l’asimmetria tra riscaldare e raffreddare di cui parlava Stefano. Il perché di questa asimmetria è abbastanza facilmente spiegabile a livello microscopico e così si può proseguire aprendo il capitolo del II principio.

      In generale, non sarebbe utile per il nostro tavolo definire un argomento circoscritto oggetto del nostro studio e pensare cosa ci piacerebbe che gli studenti sapessero o riuscissero a fare al termine di un percorso dedicato? Secondo me sarebbe un punto di partenza in base al quale scegliere le più adatte attività pratico/teoriche da proporre. Se ne potrebbe discutere sul blog o anche al prossimo incontro.
      Ad es per il trasferimento di energia mi piacerebbe che un mio studente sapesse individuare in oggetti di uso comune/situazioni comuni i processi di trasferimento in gioco e discutere i fattori che li influenzano.

      Paolo

  10. Stefano Oss ha detto:

    Grazie Paolo dell’utile, costruttivo contributo. Anche secondo me circoscrivere un argomento da sviluppare secondo varie modalità narrative (sia sperimentali che più genericamente quotidiane/tecnologiche) è un buon modo di procedere.
    Questo può funzionare ovviamente se c’è apporto speculativo, riflessivo, critico e partecipato di tutti.
    Personalmente sono propenso a dare massimo peso all’esperienza e alla competenza “sul campo” (infatti) degli insegnanti piuttosto che alle farneticazioni pedagogiche e sopraffine (?) dei fisici di mestiere. Proprio per questo motivo penso che se gli insegnanti non intervengono personalmente non ha molto senso continuare con questo progetto.
    Se si tratta di un problema di formato (“format” come dicono i ridicoli anglofili di oggi) ovvero di uso/abuso di internet nessun problema, parliamone e vediamo di organizzare un altro sistema di condivisione delle idee.
    Se invece si tratta di qualcosa di più rilevante dal punto di vista della sostanza didattica mi piacerebbe che se ne discutesse,

    Ne abbiamo tempo e voglia?

    grazie a Paolo e a tutti
    stefano

  11. plstrento ha detto:

    Buonasera a tutti, sono Teresa
    anche io posso considerarmi latitante dal momento che non avevo ancora partecipato al dialogo se non per il breve tempo che ero stata al secondo incontro del tavolo. Perciò, provo a dare un mio contributo. Ho letto con attenzione sia le proposte di Stefano che i commenti di Paolo. Devo dire che mi trovo molto in sintonia con l’approccio. Al di là del programma o schema che si decida di seguire (come tematica, intendo dire, nel concreto) per attuare in classe quanto si discuterà nel tavolo (credo che l’obiettivo fondamentale sia quello di provare modi nuovi, e più consoni al mondo in cui viviamo, di proporre la materia e fare, in qualche modo, anche questo da discutere, una valutazione in itinere del medesimo) dicevo, al di là del programma, le idee e commenti di Stefano e Paolo mettono secondo me l’accento sul fatto fondamentale di dare un “senso” a tutti i concetti base che necessità l’apprendimento della materia in esame. Gli esempi proposti mi piacciono molto perchè mettono in rilievo, come protagonista, il singolo sistema, il sistema reale. Non, una parete ideale, immaginaria, che si comporta “per bene” per permettere a noi (che sappiamo) di mostrare agli studenti (che non sanno) le leggi universali della fisica. Le pareti non sono perfette, anche quando le chiamiamo isolanti; l’aria conduce anche se diciamo che poco (e quanto poco? come si quantifica?); abbiamo imparato nella visita alle Laste (stazione meteo), l’altro giorno, con Andrea Piazza, che un termometro non è un oggetto perfetto che mi da “la” temperatura. L’ombra di un’albero, un muro vicino o una raffica di vento, può rendere del tutto inaffidabile il mio strumento. I problemi, i sistemi, in cui la temperatura gioca un ruolo fondamentale (cioè, tutti), non sono semplici e noi ne siamo perfettamente consapevoli nella nostra vita quotidiana; i libri di testo, però, fanno pensare che tutto sia piuttosto determinato, quasi “banale”. Penso che un approccio come quello proposto da Stefano e Paolo sia proprio quello che serve per portare un po’ di realtà (e quindi interesse, vale a dire domande, e quindi forse il desiderio di trovare risposte) anche se non arriveremo a descriverla tutta (la termo, ci mancherebbe!) nemmeno lontanamente, obiettivo destinato a fallire. Se la termodinamica si fa in quarta, tutta quanta (con tutto intendo che tutti i principi “devono” essere visti), non sarebbe più utile, invece, assegnare alla classe (o sottogruppi della classe) lo studio di UN sistema, uno solo, partendo (come diceva Stefano) da come si comporta da un punto di vista termico (questo potrebbe anche includere anche una reazione chimica, per esempio, o sia processi chimici che fisici, potrebbe essere un sistema semplificato, “di laboratorio” -l’esempio delle lamine di vario tipo che diceva Stefano, in varie condizioni- o un sistema “vero” – un’oggetto, un’apparecchiatura (anche un semplice phon da sviscerare nel suo modo di funzionare termico e elettrico: ne contiene un termostato, un sistema di ventilazione, lavora con un fluido, è o non è una macchina termica? che efficienza ha? quanto consuma?), l’atmosfera stessa della classe, la classe stessa, magari “modellizzata” in qualche modo-), dicevo, quando avvengono fenomeni in cui la temperatura cambia (o se non cambia, entro che limiti non cambia e poi da cosa possa dipendere?). Poi cercheremo di capire il perchè il sistema si comporta così (usando leggi che dovremo comprendere – magari non tutte le leggi della termodinamica, c’è tempo più avanti, magari?- e misurando variabili, anche altre, oltre che la temperatura), misurando, però, alla fin fine, temperature, non necessariamente in modo diretto. E questo mi porta a condividere con voi un piccolo schema che riguarda proprio il concetto di temperatura, e tutte le sue implicazioni. E’ una variabile che si può misurare in tanti modi, che a volte (spesso) non si può misurare con un termometro, e che ha significati che affondano nel cuore della materia. Questo concetto, però, spesso viene banalizzato nei libri; sembra (a prima vista) il concetto più semplice, sopra il quale poi si costruisce tutta l’impalcatura della termodinamica con sicurezza; con un “se metto in contatto due corpi e non succede niente, vuol dire che la loro temperatura è la stessa, che sono in equilibrio” (cosa vuol dire contatto? come posso sapere davvero che non succede “niente”? quanto tempo devono stare a “contatto” per essere sicuri che non succede “niente”? la temperatura, è davvero la stessa in tutto l’oggetto? cos’è equilibrio davvero? e tante altre domande che uno si potrebbe fare). Dicevo, la temperatura potrebbe essere un punto di partenza per parlare di tanti altri argomenti (per questo vi allego lo schema) che permetterebbero di dare a questo concetto un significato di più ampio respiro (approfondendolo magari in quinta, arrivando a discutere la fisica “moderna”, per esempio, o coinvolgendo il prof. di matematica con la statistica, o….).
    Adesso mi domando… come faccio ad allegare lo schema? Lo giro a Stefano in pdf, spero che riesca a condividerlo con tutti voi.
    Il mio contributo di oggi è più di “orientamento” verso l’argomento, sulle modalità o la “filosofia” che mi piacerebbe vedere dietro un percorso nuovo, piuttosoto che su aspetti più concreti (ma in realtà ne abbiamo già toccato alcuni) sui quali dobbiamo sicuramente convergere presto per vedere se quello che proponiamo ha una effettiva possibilità di realizzarsi. Grazie per l’attenzione! a presto
    Teresa

    • plstrento ha detto:

      (da Stefano)
      Grazie Teresa dell’interessante contributo. Ho messo nella pagina “ricerca-azione” la mappa concettuale che hai predisposto per rendere la tua idea più schematica e propositiva.
      Vorrei sapere, a questo punto, se oltre al sottoscritto, Paolo e Teresa qualcuno ci legge e pensa di dire/fare la sua relativamente a questo argomento.
      Non voglio assolutamente forzare la mano, ma non vorrei nemmeno che il senso di questa iniziativa sia stato frainteso, ovvero che si trattasse di un corso di aggiornamento.
      Per me (e non solo per me) l’esperienza e la pratica dei docenti è fondamentale per avviare un momento di RICERCA didattica, che è il motivo dominante che consente l’esistenza e la sussistenza del mio laboratorio. In mancanza di stimoli in questa direzione (ripeto: ricerca, non aggiornamento) io non riesco a giustificare il prosieguo di questo tavolo.

      Ci siete?

      Grazie mille, buona serata!
      stefano

      • Riccardo Dezulian ha detto:

        Capisco il disappunto di Stefano per la scarsa partecipazione al blog. Io per primo sono poco o nulla presente a questo dibattito. Manca, nel mio caso, l’abitudine a questo modo di lavorare “a distanza”. Comunque tralascio commenti o scuse su questo aspetto. Dico solo che per essere operativi forse dovremmo assegnarci dei piccoli compiti al termine degli incontri. Lasciare che i contributi arrivino dalla libera iniziativa, senza una traccia prefissata, corrisponde a un modo di lavorare al quale non siamo (non sono, …parlo per me) abituati.
        Ho letto con interesse quanto scritto da Stefano, Paolo e Teresa.
        Io sono piu’ tradizionalista. Come ho detto nel primo incontro vorrei riuscire a mettere in piedi alcuni esperimenti sulla parte piu’ ortodossa della termodinamica, ovvero sui gas perfetti. Certamente trovo interessante la vostra proposta di un lavoro di ricerca sulla conduzione termica o piu’ in generale sulla trasmissione del calore; semplicemente trovo meno urgente (non meno interessante!) questo argomento.
        Con Gigi Bazzanella abbiamo preparato un esperimento, che in precedenza non avevamo mai eseguito, per la misura di GAMMA e per la verifica della legge delle trasformazioni adiabatiche: P*V^GAMMA = costante. Io dico “abbiamo”, ma in realta’ ha fatto tutto Gigi!
        L’esperimento e’ quello della sfera di acciaio che “galleggia” sull’aria in un tubo di vetro con diametro interno uguale a quello della sfera. Abbiamo indivuduato, dopo un paio di tentativi, una beuta di dimensioni adatte da usare come serbatoio d’aria nel quale si deve inserire il tubo di vetro. Gigi ha preparato al tornio un cilindretto di acciaio (in luogo della sfera) molto ben calibrato per il tubo di vetro (Leibold) che per fortuna avevamo.
        La misura del periodo di oscillazione del cilindretto si puo’ fare semplicemente con un cronometro. La relazione che lega GAMMA al periodo di oscillazione e’ piuttosto facile da ricavare, come Gigi Gratton ha illustrato in uno degli incontri.
        Gigi Bazzanella ha inserito nella beuta una sonda per misurare la pressione. La ripresa dell’apparato sperimentale con una telecamera e l’analisi del filmato con il tracker permettono di ottenere, istante per istante, le misure del volume (per mezzo del tracker, in base alla posizione del cilindretto lungo il tubo) e della pressione (per mezzo della sonda) del gas. Una volta ottenuta una tabella TEMPO – VOLUME – PRSSSIONE, si puo’ costruire, in funzione del tempo, un grafico della grandezza P*V e uno della grandezza P*V^GAMMA. Il risultato e’ ottimo: il primo grafico ha un andamento sinusoidale, mentre il secondo ha un andamento quasi costante.
        Per mercoledi’ prossimo pensavamo, io e Gigi, di portare a Povo l’apparrecchiatura per far vedere a tutti l’esperimento, il filmato e i grafici che si ottengono.
        Capisco che siamo fuori tema rispetto all’idea che avete lanciato (trasmissione del calore). Quindi diteci se puo’ essere utile e interessante o se e’ meglio che lasciamo a scuola tutto l’ambaradam.

        ALTRA COSA. Sempre riguardo ai gas perfetti, come avevo detto nel primo incontro, io troverei molto utile poter fare una misura di Cmv (capacita’ termica molare a volume costante) o Cv o cv…
        Gigi Gratton aveva detto che si puo’ realizzare una misura abbastanza “buona” per mezzo di un fon (asciuga-capelli). Mi piacerebbe molto poter vedere questo esperimento da voi a Povo. Non so se e’ possibile….

        Un saluto a tutti,
        Riccardo

  12. plstrento ha detto:

    Grazie Riccardo del tuo contributo! Secondo me è un’ottima idea se con Gigi B porti il vostro esperimento e facciamo anche le misure di Cp e Cv con il phon.

    Ci vediamo allora presto

    stefano

  13. plstrento ha detto:

    Ho caricato sulla pagina del tavolo una raccolta di esercizi (molto concreti e applicati) sulla conduttività termica a cura di Paolo C.

  14. Riccardo Dezulian ha detto:

    Ciao a tutti, sono Riccardo.
    Riguardo alla trasmissione del calore, mi sembrerebbe interessante, per gli studenti, un esperimento concettualmente molto semplice, ma nella pratica non so quanto facile da realizzare. Si tratterebbe di misurare il calore che si trasmette per unità di tempo tra le due pareti di uno strato di materiale solido, pareti mantenute costantemente a due temperature differenti. Variando lo spessore dello strato (per esempio disponendo di moduli abbastanza sottili, tutti di uguale spessore, si potrebbe mettere una lastra, poi due affiancate, poi tre e cosi’ via), si dovrebbe ricavare una legge di proporzionalita’ inversa tra la potenza trasmessa e lo spessore. E si potrebbe misurare il coefficiente di conducibilita’ termica per quel materiale. Inoltre variando il tipo di materiale si dovrebbe apprezzare l’aumento o la diminuzione della potenza trasmessa, a parita’ degli altri parametri; ovvero si dovrebbe ricavare la conducibilita’ termica del secondo materiale.
    La difficolta’ tecnica che vedo e’ la seguente: come mantenere costantemente a determinate temperature le due facce dello strato di materiale? E come misurare il flusso di calore? Praticamente tutto l’aspetto sperimentale mi sembra difficile da realizzare…

    Gigi Bazzanella, che e’ molto piu’ bravo di me, sta cercando in rete idee e suggerimenti al riguardo.

    Vorrei tornare pero’ sul tema dell’esperimento della misura di GAMMA per un GP (esperimento che abbiamo portato a Povo il 20 febb. scorso).
    Ci siamo accorti, io e Gigi B., che l’andamento dei grafici PV e P*V^GAMMA, che sembravano cosi’ in accordo con la teoria, in realta’ non vanno cosi’ bene.
    Infatti nel grafico di “PV vs tempo” c’era un errore che amplificava le oscillazioni della grandezza PV; nella colonna con i dati del volume, costruita sommando al volume della beuta, costante, il volume della parte di tubo sotto il cilindretto, variabile, il secondo termine (tubo) era stato inserito con una unita’ di misura diversa, cosi’ che le variazioni di V apparivano piu’ grandi del dovuto, mentre il volume della beuta risultava con il suo valore corretto.
    Adesso abbiamo corretto questo errore e le oscillazioni di PV sono ancora evidenti, ma molto piu’ piccole di prima. Inoltre, guardando sullo stesso grafico le due curve (“PV vs t” e “P*V^GAMMA vs t”), la prima presenta queste piccole oscillazioni e la seconda appare quasi costante; tuttavia i valori numerici di PV sono circa 10 volte piu’ grandi dei valori numerici di P*V^GAMMA ed e’ per questo motivo che anche le variazioni di PV appaiono piu’ grandi di quelle di P*V^GAMMA!
    Adesso abbiamo aggiunto un secondo grafico, dove sono riportare, per le due grandezze fisiche, le variazioni percentuali rispetto al loro “valor medio”: le oscillazioni di tali variazioni sono molto simili; non si nota assolutamente una maggiore costanza per la grandezza P*V^GAMMA!
    Qual’e’ il motivo di questa discrepanza tra l’esperimento e la teoria? Mi verrebbe da dire che il motivo sta nel fatto che la trasformazione adiabatica che abbiamo osservato non e’ una trasformazione reversibile (in quanto e’ troppo veloce per essere reversibile) e quindi non soddisfa l’equazione P*V^GAMMA = COSTANTE. Pero’ allora non capisco perche’ la misura di GAMMA fatta con questo esperimento, la quale si basa anch’essa sulla relazione P*V^GAMMA = COSTANTE, dia un risultato in ottimo accordo con la teoria.
    In sostanza non so dare una risposta….
    Gigi B. sostiene che il fenomeno osservato rispetti abbastanza bene la legge teorica, ma che non riusciamo a evidenziarla perche’ la misura di P che abbiamo fatto e’ troppo imprecisa (il sensore di P utilizzato ha una sensibilita’ di 1 KPa; percio’ si registra per esempio lo stesso valore di P durante uno spostamento del cilindretto di 6 cm!!). Quindi vorremmo provare a ripetere l’esperimento a Povo con la vostra sonda di pressione, che e’ molto piu’ sensibile della nostra (la vostra misura le variazioni di pressione rispetto al valore atmosferico, mentre la nostra misura la pressione assoluta; percio’ la vostra e’ mlto piu’ sensibile).
    Quindi diteci per favore se siete d’accordo, se possiamo riportare a Povo l’apparecchiatura il prossimo 19 marzo.

    Altra cosa. Ho preparato un testo di spiegazione dell’esperimento della misura di GAMMA, cercando di calibrarlo per gli studenti di quarta liceo (ho cercato di spiegare in modo semplice un paio di formule matematiche per il calcolo di variazioni infinitesime).
    Mando a Stefano questo file di spiegazione affinche’ lo carichi sul sito. Mando anche altri files, sempre chiedendo di caricarli e renderli accessibili agli altri. Si tratta di:
    a) il file di excel con i dati e i grafici dell’esperimento della misura di GAMMA;
    b) la spiegazione della equazione della trasformazione adiabatica reversibile (versione “normale” e versione “studenti”);
    c) la scannerizzazione di un capitolo del Feynman dove e’ spiegata in dettaglio la relazione tra la velocita’ di propagazione delle onde sonore in un gas e il coefficiente GAMMA del gas.

    Chiedo a tutti, tutti quelli che hanno voglia e tempo di leggere, di scrivere commenti e correzioni relativamente ai testi di spiegazione che ho scritto io; questo al fine di correggere eventuali errori e di migliorare la chiarezza espositiva.

    Ciao a tutti,
    Riccardo

    • plstrento ha detto:

      Grazie Riccardo dell’interessante contributo.

      Ho provveduto a mettere a disposizione di tutti i file che hai inviato. Sulla questione della misura della conducibilità termica di un dato materiale (o di un “sandwich” di vari materiali) abbiamo iniziato a parlarne con Gigi G: pensiamo che una cella di Peltier potrebbe fare al caso nostro per introdurre gradienti stazionari di temperatura sulle superfici del materiale in esame.
      Nessun problema anche a provare la vostra misura di gamma con i nostri sensori quando ci troveremo per il nostro incontro.
      Sto preparando delle brevi note “teoriche” sul fenomeno del passaggio di energia causato da gradienti di temperatura (sia di tipo conduttivo, che conduttivo/conduttivo e radiante) e volentieri le metterò a disposizione di tutti nei prossimi giorni.

      Per adesso grazie mille
      ciao
      stefano

  15. Riccardo Dezulian ha detto:

    Chiedo a Paolo Caresia se puo’ fornire anche i risultati degli esercizi sulla conduzione del calore.

    Grazie,
    Riccardo

    • plstrento ha detto:

      mi sa che mica li sa, lui, i risultati 🙂

      • Paolo Caresia ha detto:

        Infatti non li so, ma se mi lasciate un po’ di tempo li risolvo e li mando! Purtroppo quando li avevo scritti non me li ero segnati. Grazie intanto a Riccardo per il materiale sulla misura di gamma, appena posso me lo guardo

        Paolo

  16. Paolo Caresia ha detto:

    Ciao a tutti,

    ho riguardato gli esercizi sulla trasmissione del calore, li ho risistemati e ho aggiunto i risultati (sempre che non abbia sbagliato qualche conto :))
    Rimando quindi il nuovo file a Stefano, se può sostituirlo a quello vecchio.
    Io ho notato comunque che i miei studenti (almeno fino alla terza, visto che non ho classi più avanzate) fanno parecchia fatica negli esercizi in cui ci sono da valutare spese, risparmi, ecc. Forse è semplicemente perché non sono abituati, sono domande di un genere che di solito non trovano, per lo meno non sui libri. Credo però che questo genere di esercizi siano piuttosto utili per la famosa applicazione di quanto si impara alla vita reale, secondo gli assunti delle indagini ocse-pisa e più in generale le linee guida europee. Insomma, io per primo vorrei riuscire a dare più spazio in questo senso.
    Direi anzi che, più ancora che dare un esercizio già pronto (con tutti i dati) da risolvere, sarebbe interessante porre solo un problema e poi dare agli studenti (magari a gruppetti) il compito di pensare di quali dati avrebbero bisogno e cercarli, ad es in internet o sulle tabelle dei libri.
    Ad esempio: quanto deve essere spesso il cappotto di una casa per abbattere il consumo di energia del 50%? Spetterà poi a loro capire quali parametri influiscono sulla risposta e quali no, stimare lo spessore di un muro, cercare info sulla sua conduttività, sul materiale di cui sono fatti i pannelli isolanti, ecc.. Alla fine insieme si potrà discutere su quanto il risultato sia realistico e su quali dei fattori individuati lo influenzino maggiormente.

    Paolo

    • plstrento ha detto:

      Interessante il fatto che gli studenti facciano un po’ di fatica sulle questioni “merceologiche” se immerse in un contesto scientifico “duro”. Come se la fisica venisse considerata avlusa dal nostro mondo … è così? In caso sarebbe necessaria una riflessione epistemologica …

      ciao
      grazie

      s.o.

      • Paolo Caresia ha detto:

        Non so… non mi sembra che la vedano avulsa dal mondo, perché mi fanno parecchie domande su fenomeni anche quotidiani da interpretare con la fisica. Di sicuro me ne fanno un po’ meno sulle applicazioni tecnologiche della fisica.
        Secondo me una difficoltà è che molti (non tutti per fortuna) tendono ad applicare formule più che ragionare. Se tu gli dai un formula che possono applicare o invertire per trovare, ad es., la spesa in euro, imparano ad usarla; se però devono capire da soli qual è la semplice relazione da usare, fanno più fatica, o addirittura alcuni si spaventano e rinunciano perché è una cosa “che non abbiamo mai fatto”

        Paolo

  17. Riccardo Dezulian ha detto:

    Grazie Paolo per aver integrato con i risultati gli esercizi sulla trasmissione del calore. Dovresti solo cambiare il titolo, perche’ l’intestazione che c’e’ adesso non e’ adatta (ti sara’ rimasta incollata da un altro file di esercizi…):
    “Esercizi sull’equilibrio del corpo rigido”.

    Riccardo

    • plstrento ha detto:

      Oh, beh, la maggior parte dei conduttori di calore sono corpi rigidi. Gas e liquidi a parte, ovviamente 🙂

      PS entro domenica carico la mia “mini-dispensa” su come affrontare “teoricamente” il trasporto di energia termica conduttivo/convettivo attraverso semplici (ma interessanti) geometrie e configurazioni.

      ciao
      s

  18. plstrento ha detto:

    Ciao, come forse avrete visto, ho caricato nella pagina del nostro sito due file PDF che corrispondono ad altrettanti capitoli del libro di Chengel sul trasporto dell’energia termica. L’ho fatto per evitarvi la lettura di circa 900 pagine del volume completo … secondo me, però, questi due capitoli andrebbero letti per intero. Io, almeno, lo ho fatto provando anche a rifare gli esempi e gli esercizi riportati, e ho trovato questa lettura illuminante oltreché interessante.
    Nel primo capitolo ci sono le generalità che riassumono gli aspetti principali dei meccanismi di trasporto energetico (conduzione, convezione, irraggiamento). Nel secondo vi sono invece le questioni riguardanti meccanismi di tipo stazionario, inclusi quelli che, per quanto abbiamo discusso fino a oggi, sono di nostro più immediato interesse.
    Avevo, come promesso, preparato delle note manoscritte relative a questi argomenti ma mi sono poi reso conto che il testo è già un eccellente riassunto di più vasti trattati a elevato livello, per cui non mi è sembrato il caso di non approfittare del magistrale lavoro dell’autore del libro.
    In allegato nel blog un estratto dei conto/esercizio che si trova nel secondo capitolo che ho caricato e che è relativo alla presenza di uno spessore ottimale in geometria cilindrica conduttiva/convettiva per quanto riguarda il flusso termico radiale. Mi è sembrato utile evidenziarlo per permettervi di ragionare su questo particolare aspetto (quando cioè facendo crescere troppo lo spessore dell’isolante invece che … isolare, si aumenta la dissipazione per colpa della geometria convessa rel problema, ovvero per il fatto che la superficie del cilindro esterno isolante cresce e questo favorisce la dissipazione di più dell’isolamento).
    Gigi Gratton è pronto a fare delle misure di flusso termico conduttivo, Gigi Bazzanella chiedeva sonde di pressione adatte alle loro misure, e Gigi Gratton ha pronte anche queste sonde.

    A presto dunque!

    ciao
    s

  19. Riccardo Dezulian ha detto:

    Ciao a tutti.
    Allora ci si vede questo martedi’(16.04).
    Io e Gigi B. abbiamo provato a fare delle misure della conducibilita’ K di un materiale. Dico “io e Gigi”, ma in realta’, come al solito, ha fatto tutto Gigi e anche l’idea e’ stata sua; io mi limito a fare questo lavoro minimo di relazione…
    L’idea e’ la seguente. Si prende un contenitore cilindrico e lo si riempie di acqua calda; lo si immerge in un recipiente piu’ grande di acqua a temperatura inferiore e si fa in modo che il recipiente interno non tocchi quello esterno, ovvero che rimanga circondato dall’acqua anche nella parte inferiore. Si mettono tre sonde per misurare la temperatura:
    – la prima e’ posta al centro del recipiente interno, immersa nell’acqua, ovviamente (misura Tc=temp. centrale);
    – la seconda e’ posta dentro il contenitore interno, ma a contatto con la sua superficie laterale (faccia interna,ovviamente); anch’essa e’ immersa nell’acqua e misura Ti=temp. faccia interna;
    – la terza e’ posta, sempre sott’acqua, a contatto con la superficie esterna del contenitore interno e misura Te=temp. faccia esterna.
    Si segistrano le temperature a intervalli di tempo regolari, per esempio ogni 10 secondi.
    In ogni istante la quantita’ Tm=(Tc+Ti)/2 corrisponde, piu’ o meno, alla temperatura media dell’acqua nel contenitore interno. Se indichiamo con “t” il tempo, la variazione di Tm fra un istante t1 e un istante t2, moltiplicata per il calore specifico dell’acqua (c_H2O) e per la massa dell’acqua presente nel contenitore interno (m), ci da’ il calore ceduto dall’acqua del contenitore interno (calore ceduto verso l’esterno) nell’intervallo di tempo (t1;t2). Ovvero:
    (1) Q = c_H2O*m*(Tm(t1) – Tm(t2)).
    ma questa stessa quantita’ di calore, se la dividiamo per l’intervallo di tempo (t2 – t1), corrisponde a:
    (2) Q/(t2 – t1) = K*S*(Ti – Te)/d
    dove: K e’ la conducibilita’ del materiale di cui e’ fatto il contenitore interno; S e’ la superficie totale del contenitore interno; d e’ lo spessore della parete del contenitore interno.
    Uguagliando le espressioni di Q fornite dalla eq. (1) e dalla eq. (2) si ricava K.
    Nell’eq. (2) per Ti e per Te abbiamo messo i loro valori medi nell’intervallo di tempo (t1;t2), ovvero:
    Ti = (Ti(t1) + Ti(t2))/2 ; Te = (Te(t1) + Te(t2))/2.
    Abbiamo usato un recipiente di vetro e abbiamo trovato un K del vetro che e’ circa 1/4 del valore che si trova tabulato.
    Poi abbiamo usato un recipiente di alluminio e abbiamo trovato un K dellalluminio che e’ circa 100 volte piu’ piccolo del K tabulato!
    Il risultato ottenuto con il vetro e’ comprensibile. Infatti:
    – non c’e’ solo conduzione, ma anche irraggiamento attraverso la parete di vetro;
    – il calore non si propaga solo dall’acqua del contenitore interno all’acqua del contenitore esterno attraverso la parete di vetro, ma anche verso l’aria dalla superficie superiode dell’acqua del contenitore interno;
    – l’eq. (2) vale in geometria piana, ovvero per una lastra di vetro piana infinita avente temperature Ti e Te alle due superfici; qui invece non siamo in geometria piana, bensi’ cilindrica (attraverso la superficie laterale) e piana (attraverso la base inferiore).
    Tutti questi fattori credo possano giustificare il fatto di aver ottenuto un risultato notevolmente diverso da quello “corretto”, ma sostanzialmente entro lo stesso ordine di grandezza.
    Il risultato relativo all’alluminio, invece, sfugge a qualsiasi tentativo di interpretazione.

    Capisco che questa e’ una spiegazione un po’ macchinosa e non so se vi risulta sufficientemente chiara; vi chiedo comunque se riuscite a individuare un errore di fondo che stiamo commettendo. Vi chiedo inoltre se ritenete utile che portiamo la strumentazione a Povo martedi’ per ripetere le misure e tentare di chiarire gli aspetti di questo esperimento.

    Ciao a tutti e arivederci a presto,
    Riccardo

  20. Stefano Oss ha detto:

    Mi sembra proprio un’idea assai interessante, da approfondire (assieme)! Per ora grazie del contributo … sentiamo poi cosa ne pensano anche gli altri …

    grazie
    ciao
    s

  21. Gigi Gratton ha detto:

    Credo di avere capito perché non funziona la vostra misura. Ne ho discusso con Stefano.

    Poi ho fatto una stima del valore della conducibilità dell’alluminio calcolata a partire da un esperimento molto più grossolano (semplice?).
    Dalle stime che ho fatto per l’alluminio l’ordine di grandezza torna. Di conseguenza torna anche su altri materiali (legno, polistirolo).
    Ho fatto solo stime perché non ho in questo momento cubetti di ghiaccio, che spero di avere domani. I valori che ho messo sono quelli che, se non ricordo male, vengano nelle prove che i miei studenti fanno durante le lezioni.
    L’esperimento consiste nel disporre un cubetto di ghiaccio su un blocco di alluminio (legno….) e misurare il tempo per il completo scioglimento. Con un po’ di approssimazioni (molto grossolane) e un po’ di calcoli i valori di conducibilità termica vengono abbastanza ragionevoli.

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