Dal punto di vista macroscopico, la pressione di un gas all’equilibrio sembra rimanere costante nel tempo. In realtà, effettuando misure molto precise in intervalli di tempo molto piccoli, si verifica che il valore della pressione presenta...

Nel linguaggio comune i termini temperatura e calore sono spesso confusi fra di loro. Si dice che «un corpo è caldo» per affermare che la sua temperatura è alta e che «l’acqua si scalda sul fuoco» quando la temperatura dell’acqua aumenta a...

Quando si fornisce energia termica a un corpo la sua temperatura cambia. L’entità della variazione dipende da una caratteristica del corpo: la sua capacità termica. La capacità termica C di un corpo è la quantità di energia che si deve fornire...

Consideriamo un insieme di due corpi a contatto termico: essi formano un sistema isolato se non possono scambiare energia in alcuna forma con l’esterno. Per il principio di conservazione dell’energia, l’energia totale di un sistema isolato...

Il calore si propaga da un corpo all’altro o da un punto all’altro dello spazio mediante tre processi distinti: la conduzione, la convezione e l’irraggiamento. Nelle situazioni concrete questi processi possono aver luogo nello stesso istante e...

La Terra dista dal Sole 150 milioni di km di spazio praticamente vuoto. Eppure il calore del Sole giunge sul nostro pianeta assicurando un flusso costante di energia alle varie forme di vita che lo popolano. Deve quindi esistere un meccanismo che...

Nelle condizioni fisiche esistenti sulla Terra, la materia si presenta in tre stati distinti: solido, liquido e gassoso o aeriforme. Questi stati o fasi sono il risultato di una competizione fra l’agitazione termica delle molecole e le forze di...

Lo stato di aggregazione di una sostanza dipende dalle condizioni di temperatura e pressione in cui si trova: l’acqua scorre liquida dal rubinetto (15 °C) è ghiaccio nel congelatore (−18 °C) e vapore acqueo sopra la minestra in ebollizione (100...

La vaporizzazione di una sostanza, cioè il passaggio dallo stato liquido allo stato aeriforme, avviene a una ben precisa temperatura T vap per effetto dell’assorbimento di calore dall’esterno. Al contrario, l’evaporazione di un liquido avviene a...

Nel modello del gas perfetto si assume che non esistano forze attrattive fra le molecole. Non si possono formare legami fra le molecole anche se il gas è molto denso e a bassa temperatura, cioè anche se le molecole sono molto vicine e hanno piccola...

Nella meccanica si analizza il moto dei corpi che interagiscono fra loro mediante forze e che si scambiano energia compiendo lavoro meccanico. Per descrivere il comportamento di un corpo si utilizzano grandezze fisiche, come la massa o la...

Lo stato di un sistema termodinamico è descritto da un insieme di grandezze fisiche, dette anche variabili termodinamiche. Se il sistema è una data quantità di gas perfetto, le variabili termodinamiche che ne descrivono gli stati sono il volume V...

Nella dinamica si studia il comportamento dei corpi sotto l’azione di forze risultanti esterne. In particolare, la forza totale compie un lavoro positivo quando agisce nello stesso verso in cui avviene lo spostamento del corpo e negativo quando...

I trasferimenti di energia fra un sistema termodinamico e l’ambiente possono realizzarsi mediante scambi di lavoro o di calore. Le convenzioni adottate sui segni di questi flussi di energia sono riportate nelle figure se-guenti. 1Il lavoro è...

Il primo principio stabilisce la relazione che lega la variazione di energia interna di un sistema durante una trasformazione e l’energia che questo scambia con l’ambiente sotto forma di calore e lavoro. Note due delle tre grandezze ΔU, Q e L il...

Come abbiamo discusso nel capitolo «Il calore», per aumentare di ΔT la temperatura di una massa m di una data sostanza si deve fornire una quantità di calore Q pari a Q = c mΔT dove c è il calore specifico della sostanza ed è pari alla...

Un sistema compie una trasformazione adiabatica quando evolve da uno stato iniziale a uno stato finale senza scambi di calore con l’ambiente. Per realizzare una trasformazione adiabatica è necessario chiudere il sistema all’interno di pareti...

A partire dal Seicento si assiste a uno sviluppo delle ricerche sistematiche sui fenomeni termici. Le prime ipotesi sulla natura dinamica del calore, dovuto al moto di non meglio definiti ignicoli, evolvono in modelli interpretativi che vedono il...

Il lavoro e il calore sono due modalità attraverso le quali sistemi in interazione tra loro cambiano la propria energia interna. Il primo principio della termodinamica stabilisce che il lavoro e il calore contribuiscono a determinare il bilancio...

I motori a combustione interna o motori a scoppio sono dispositivi che sfruttano l’energia termica prodotta al loro interno mediante reazioni chimiche di combustione. La combustione di una miscela di carburante e aria provoca un repentino aumento...

Il primo principio della termodinamica stabilisce la conservazione dell’energia per i sistemi che interagiscono mediante scambi di calore e lavoro. Questo pone un vincolo solo sul bilancio energetico complessivo di un processo e non sulla natura...

Una macchina frigorifera, o semplicemente frigorifero, è una macchina termica che utilizza lavoro fornito dall’esterno per trasferire calore da una sorgente a temperatura minore a una sorgente a temperatura maggiore. Come in ogni macchina termica,...

Il primo principio della termodinamica non vieta il passaggio di calore da un corpo a un altro a temperatura maggiore. Le ricerche sperimentali hanno però evidenziato che il passaggio avviene in modo spontaneo solo da un corpo più caldo a uno più...

Il secondo principio della termodinamica stabilisce che il rendimento di una macchina termica \[ {\eta}={1}-\frac{\left|{{Q}_{\mathrm{f}}}\right|}{{Q}_{\mathrm{c}}} \] non può essere 1 (ossia il 100%), perché la macchina deve...

Nel 1824 Carnot propose un modello di macchina termica ideale, nota in seguito come macchina di Carnot, che opera tra due termostati con trasformazioni reversibili. Il ciclo attraverso cui funziona la macchina è detto ciclo di Carnot e consiste in...

Il primo principio della termodinamica stabilisce l’esistenza di una funzione di stato, l’energia interna di un sistema, e la sua relazione quantitativa con l’energia scambiata fra sistema e l’ambiente sotto forma di calore e lavoro....

L’esperienza ci induce a considerare «naturale» la direzione in cui evolvono spontaneamente i fenomeni. Per esempio, un gas si espande fino a occupare tutto il volume a disposizione. Allo stesso tempo un gas è libero di contrarsi in un volume...

A livello macroscopico, il calore e il lavoro sono due modalità diverse con cui i sistemi termodinamici si scambiano energia: per questa ragione compaiono come grandezze distinte nel primo principio della termodinamica. Per comprendere la differenza...

Nella prima metà dell’Ottocento la ricerca sperimentale ha evidenziato l’esistenza di limiti invalicabili al funzionamento delle macchine termiche. Questi limiti vengono assunti nella termodinamica come princìpi che regolano il comportamento di...

I moti oscillatori dei corpi, come la corda pizzicata di una chitarra o un lampione scosso dal vento, hanno alcune caratteristiche comuni: inizialmente il corpo è fermo in una posizione di equilibrio; quando viene spostato e lasciato libero, il...

Il tipo più importante di moto periodico è il moto armonico, che si presenta in una innumerevole quantità di fenomeni naturali. Per esaminarne le caratteristiche studiamo in dettaglio il moto di un oscillatore armonico, cioè di un sistema...

Il moto circolare uniforme ha una relazione molto stretta col moto armonico. Vale infatti il seguente risultato: la proiezione di un moto circolare uniforme lungo un diametro della traiettoria è un moto armonico. Per dimostrarlo consideriamo un...

Il pendolo è un sistema formato da un piccolo corpo appeso all’estremo di un filo inestensibile e di massa trascurabile. Quando è spostato di un angolo θ dalla verticale e lasciato andare, il corpo oscilla attorno alla sua posizione di equilibrio....

Consideriamo un oscillatore armonico con massa m e costante elastica k che si muove secondo la legge oraria \[ {x}={A}\cos\left({\sqrt{\frac{k}{m}}\>{t}}\right) \] Quando l’attrito è assente o trascurabile, la massa oscilla indefinitamente fra...

Esistono solo due modalità di trasmissione dell’energia meccanica: spostare corpi e generare onde. 1Durante un temporale le raffiche di vento muovono gli ombrelli: il moto di traslazione...

La descrizione di un’onda è complessa perché: i punti del mezzo investiti dall’onda oscillano in modo coordinato e danno luogo a quelle configurazioni spaziali che sono la forma dell’onda; ogni punto del mezzo oscilla attorno alla sua...

Un’onda si dice armonica quando i punti del mezzo in cui l’onda si propaga si muovono di moto armonico attorno alla posizione di equilibrio. Una sorgente genera un’onda armonica su una corda quando muove una porzione di essa con moto armonico....

Molte delle caratteristiche delle onde meccaniche possono essere analizzate con un semplice modello fisico: la corda elastica.

Consideriamo una corda con gli estremi fissi, come per esempio la corda di una chitarra. Quando viene ripetutamente pizzicata si originano onde che si muovono in entrambi i versi e si riflettono avanti e indietro negli estremi. In questo modo sulla...

Quando percepiamo un suono i nostri timpani sono messi in movimento dall’energia trasportata da onde longitudinali: le onde sonore. Come ogni tipo di onda, le onde sonore sono generate da una sorgente che vibra e produce una perturbazione che si...

Quando ascoltiamo un suono, siamo in grado di distinguere due caratteristiche della sensazione sonora: altezza e timbro. Ciascuna di esse è legata a ben precise proprietà fisiche delle onde sonore.

Per misurare il flusso di energia che un’onda propaga in un mezzo si introduce una nuova grandezza fisica: l’intensità. Consideriamo una sezione di area S perpendicolare alla direzione di propagazione dell’onda. Se nell’intervallo di tempo...

Le caratteristiche della propagazione ondulatoria sono determinate da una proprietà fondamentale che hanno tutte le onde, indipendentemente dalla loro natura: il principio di sovrapposizione. Nella regione in cui si sovrappongono due o più...

Come accade per onde di qualsiasi natura, le onde sonore si propagano aggirando gli ostacoli che trovano lungo la direzione di propagazione. 1Le onde di superficie aggirano il molo: oltre il molo il fronte d’onda si propaga con direzioni...

Quando siamo raggiunti e superati da un camion dei pompieri, avvertiamo una variazione nel tono della sirena. In modo analogo sentiamo una variazione del tono di un allarme mentre passiamo con l’automobile vicino a esso. In generale, quando...

Il funzionamento di tutti gli strumenti musicali si basa sull’azione combinata di due dispositivi: un generatore, che vibra e mette in oscillazione l’aria circostante e le altre parti dello strumento; un...

La maggior parte dell’informazione sul mondo esterno ci proviene da fenomeni luminosi: non è quindi strano che nelle varie epoche uno dei problemi fondamentali della fisica sia stato scoprire la natura della luce. Nella seconda metà...

I raggi luminosi si riflettono sulle superfici dei corpi, dando luogo a una grande varietà di effetti, alcuni dei quali sono evidenti nella fotografia seguente.  Mentre la stoffa dello sfondo diffonde la luce incidente in tutte le direzioni,...

Quando un raggio di luce incide sulla superficie di separazione di due mezzi trasparenti, come l’aria e il vetro, si divide in due raggi: un raggio riflesso nel mezzo da cui proviene il raggio incidente e per il quale vale la legge di riflessione;...

Consideriamo un raggio di luce che passa da un mezzo con un indice di rifrazione maggiore a uno con indice di rifrazione minore, per esempio da vetro (n 1 = 1,5) ad aria (n 2 = 1). Alla superficie di separazione dei due mezzi si originano due raggi,...