In questa lezione scopriremo due parole che usiamo spesso senza distinguerle bene: temperatura e calore. Sono parole vicine, ma raccontano cose diverse, e impararle ci aiuta a capire tantissimi fenomeni del mondo intorno a noi.
Una giornata che ci fa pensare
Immagina di svegliarti una mattina di gennaio: appoggi i piedi sul pavimento di piastrelle e senti un brivido freddo, poi cammini sul tappeto della tua cameretta e ti sembra subito più caldo. Eppure il pavimento e il tappeto si trovano nella stessa stanza, da ore, e quindi dovrebbero avere la stessa temperatura. Allora perché senti questa grande differenza? Le scienze ci insegnano a non fidarci sempre delle nostre prime sensazioni e a usare strumenti precisi per capire come stanno davvero le cose. In questo percorso scopriremo perché certi oggetti ci sembrano più freddi anche se non lo sono, e perché il sole riscalda di più una maglietta nera rispetto a una bianca. Per farlo dobbiamo conoscere a fondo due parole importanti: temperatura e calore.
Che cos'è la temperatura
La temperatura è una grandezza che ci dice quanto un oggetto, un liquido o l'aria sono caldi o freddi. Si misura con uno strumento preciso, il termometro, e l'unità di misura che usiamo a scuola e a casa è il grado Celsius, che si scrive con il simbolo °C. Sul termometro possiamo leggere un numero che cambia: se sale, l'oggetto è più caldo; se scende, è più freddo. Per esempio, quando l'acqua del rubinetto segna 15 °C è fresca, mentre la minestra appena cucinata può arrivare anche a 70 °C ed è bollente. La temperatura, però, non ci dice quanto cibo o quanta acqua ci sono, ma soltanto quanto sono caldi. Anche una sola goccia di tè e un'intera tazza piena possono avere la stessa temperatura, perché quel numero misura una qualità e non una quantità.
Che cos'è il calore
Il calore, invece, è una specie di energia che passa da un corpo più caldo a un corpo più freddo, sempre in questa direzione e mai al contrario. Quando metti un cucchiaino di metallo dentro una tazza di latte caldo, il calore della bevanda viaggia verso il cucchiaino, che dopo poco scotta anche fuori dalla tazza. Anche il tuo corpo, che è caldo, cede calore alle mani gelate di un amico quando gliele stringi per riscaldarle. Il calore non si vede e non si tocca direttamente, ma possiamo riconoscerlo dai suoi effetti: un oggetto che lo riceve diventa più caldo, mentre uno che lo cede diventa più freddo. È importante capire che il calore non è la stessa cosa della temperatura: il calore è qualcosa che si sposta, la temperatura è un numero che misura uno stato.
La differenza tra calore e temperatura
Per capire bene la differenza possiamo immaginare due pentole sul fornello, una piccola con un bicchiere d'acqua e una grande con due litri d'acqua. Se le riscaldiamo entrambe finché segnano 50 °C, hanno la stessa temperatura, ma per arrivare a quel numero la pentola grande ha avuto bisogno di molto più calore, perché contiene più acqua da scaldare. Possiamo pensare al calore come al cibo che mangiamo e alla temperatura come al senso di sazietà: due persone possono sentirsi sazie allo stesso modo, ma una può aver mangiato molto di più dell'altra. Un altro esempio: una candela accesa ha una fiamma molto calda, anche 800 °C, ma trasmette poco calore complessivo; il radiatore di casa è meno caldo della fiamma, però scalda tutta la stanza perché cede molta più energia. Questo confronto ci aiuta a non confondere mai più i due concetti.
Il termometro: lo strumento per misurare
Il termometro è uno strumento scientifico che serve a misurare la temperatura con precisione, senza fidarci soltanto delle nostre sensazioni. Esistono vari tipi di termometro: quello a liquido colorato che troviamo alla finestra, quello digitale che usiamo per misurare la febbre, quello da cucina per i dolci e perfino quello a infrarossi che si avvicina alla fronte senza toccarla. Tutti hanno una scala con dei numeri e un'unità di misura, di solito il grado Celsius. Quando misuriamo la febbre, sappiamo che una persona sana ha circa 36,5 °C, mentre se il termometro segna 38 °C abbiamo la febbre. In cucina, invece, controlliamo che il forno sia a 180 °C prima di infornare una torta. Usare bene il termometro significa anche aspettare il tempo giusto perché il numero si stabilizzi.
Come si trasmette il calore
Il calore si sposta da un corpo all'altro in modi diversi, e il primo modo si chiama conduzione. La conduzione avviene quando due oggetti si toccano: il calore passa direttamente da quello più caldo a quello più freddo, come quando il manico del cucchiaio nella minestra calda diventa tiepido. Un secondo modo è la convezione, che riguarda i liquidi e l'aria: l'acqua calda della pentola sale verso l'alto e quella fredda scende, creando un movimento che mescola tutto e fa scaldare l'intera pentola. Il terzo modo è l'irraggiamento, e funziona anche nel vuoto: è il modo in cui i raggi del sole arrivano fino a noi attraversando lo spazio e riscaldano la nostra pelle in spiaggia. Anche il fuoco di un caminetto ci scalda per irraggiamento, perché sentiamo il calore sul viso anche stando a un metro di distanza.
Materiali che scaldano e materiali che proteggono
Non tutti i materiali si comportano allo stesso modo davanti al calore: alcuni lo lasciano passare facilmente e si chiamano conduttori, altri lo trattengono e si chiamano isolanti. I metalli come il ferro, il rame e l'alluminio sono ottimi conduttori, e per questo le pentole si fanno di metallo: il calore del fornello arriva veloce al cibo. Il legno, la plastica, la lana e la stoffa, invece, sono isolanti: per questo il manico della padella è di plastica o di legno, così non ci scottiamo la mano. Anche d'inverno ci copriamo con maglioni di lana, che trattengono il calore del nostro corpo e non lo lasciano disperdere nell'aria. Una giacca a vento, invece, intrappola un po' d'aria fra le sue trame, e l'aria ferma è un ottimo isolante: ecco perché ci tiene caldi.
Il calore cambia le cose
Quando un corpo riceve molto calore, possono succedere cose interessanti: per esempio, può cambiare stato, cioè passare da solido a liquido o da liquido a gas. Un cubetto di ghiaccio dimenticato sul tavolo della cucina si scioglie e diventa acqua liquida, perché il calore della stanza fa fondere il ghiaccio. Se poi mettiamo quell'acqua a bollire in un pentolino, vediamo uscire il vapore: è l'acqua che, ricevendo ancora più calore, diventa un gas e sale verso l'alto. Anche le cose si dilatano, cioè diventano un pochino più grandi, quando le scaldiamo: i binari del treno hanno piccoli spazi vuoti proprio per lasciare spazio al ferro che si allunga d'estate. Questi cambiamenti ci dimostrano che il calore non è una cosa qualsiasi, ma una forza capace di trasformare il mondo intorno a noi.
Ricorda
- La temperatura è un numero che dice quanto un corpo è caldo e si misura in gradi Celsius (°C) con il termometro.
- Il calore è un'energia che passa sempre da un corpo più caldo a uno più freddo.
- Calore e temperatura non sono la stessa cosa: due pentole con la stessa temperatura possono contenere quantità di calore molto diverse.
- Il calore si trasmette per conduzione, convezione e irraggiamento.
- Esistono materiali conduttori (come i metalli) e materiali isolanti (come legno, lana, plastica).
- Il calore può far cambiare stato alle cose (ghiaccio che diventa acqua, acqua che diventa vapore) e può farle dilatare.
Piccolo esercizio di verifica sul quaderno: disegna due bicchieri uguali e scrivi accanto a ciascuno la temperatura dell'acqua che contengono (per esempio 20 °C e 60 °C). Poi rispondi a queste domande con una frase completa: in quale bicchiere il calore è maggiore? Se appoggio un cucchiaino di metallo in entrambi, in quale diventerà più caldo? Infine, prova a indicare con una freccia in che direzione si sposta il calore tra il cucchiaino e l'acqua di ciascun bicchiere e spiega perché.