Termodinamica

Termometro di Galileo

La temperatura del liquido racchiuso entro il cilindro di vetro può essere letta basandosi sulla targhetta appesa alla più bassa della sferette che galleggiano. Poiché il liquido ha la stessa temperatura dell’ambiente, se gli si dà abbastanza tempo per andare all’equilibrio termico con l’ambiente stesso, questo dispositivo può essere considerato un termometro, anche se di forma molto strana.

Per comprendere il principio di funzionamento di questo termometro, inventato da Galileo quasi quattro secoli fa, puoi tener presente quanto segue:

1. Il liquido che riempie il cilindro ha una densità che diminuisce molto con la temperatura.

2. Le sferette in basso hanno densità media più elevata delle sferette in alto.

3. Quando la temperatura del liquido è molto bassa, tutte le sferette galleggiano perché la densità del liquido è elevata. (infatti, nell’acqua di mare si galleggia meglio che nell’acqua dolce). Quando invece la temperatura è molto alta, tutte le sferette vanno a fondo perché la densità del liquido è troppo bassa per permettere il galleggiamento anche di una sola di queste.

4. Quando la temperatura è intermedia, andranno a fondo solo le sferette aventi densità media più elevata di quella del liquido. La più bassa di quelle che galleggiano avrà una densità media di poco inferiore a quella del liquido, quindi potrà indicare la temperatura di quest’ultimo. (Nella spiegazione precedente abbiamo fatto l’ipotesi che la dilatazione termica del vetro delle sferette sia trascurabile).

 

 

 

Misuratore dell’amore

Il liquido colorato contenuto nel dispositivo ha la proprietà di evaporare molto di più ad alta temperatura che a bassa temperatura. Quindi, se si scalda l’ampolla inferiore, ad esempio con le mani, il vapore ivi contenuto aumenta di quantità, perciò aumenta anche la sua spinta sulla superficie libera del liquido, facendolo salire entro il tubetto. In questa maniera il liquido passa quasi completamente nell’ampolla superiore.

In conclusione, più calde sono le mani di una persona, più in fretta avviene la risalita del liquido. Anziché riscaldare l’ampolla inferiore, si può far salire il liquido raffreddando l’ampolla superiore. Infatti, anche in questo caso si provoca una differenza di pressione tra le due ampolle che è proprio quella che costringe il liquido a salire, vincendo la forza di gravità.

Per raffreddare l’ampolla superiore si può bagnare quest’ultima con acqua fredda od anche con acqua a temperatura ambiente, purché si aspetti che questa abbia il tempo di evaporare. (Infatti, se ti bagni le mani e poi te le asciughi con un soffio d’aria, ben presto sentirai freddo).

 

 

Bolle di sapone

Le bolle di sapone cubiche non possono proprio esistere, anche se si ricorre ad un reticolo di forma cubica!

Tutte le proprietà meccaniche delle bolle di sapone e delle membrane saponose in genere derivano dal fatto che la loro superficie si comporta come una membrana elastica molto sottile: quindi, tale membrana tende sempre ad assumere la forma a cui compete la minima energia elastica. In particolare, le bolle di sapone normali tendono ad avere una forma sferica proprio perché, a parità di volume dell’aria racchiusa, è la forma sferica che ha la superficie di area minima possibile. Queste considerazioni si applicano a qualsiasi membrana elastica, come ad esempio quella che si ottiene estraendo un reticolo cubico da una soluzione saponosa.

(Tale soluzione può essere ottenuta con molta acqua, un po’ di detersivo liquido per piatti e un po’ di glicerina- quest’ultima serve per far durare di più la bolla- all’incirca nelle seguenti proporzioni 6:2:1). Un’altra interessante proprietà di tutte le membrane saponose è che, essendo molto sottili, possono dare delle stupende strisce colorate per interferenza della luce che le colpisce.

 

 

 

Serpente a spirale

 

Il serpente, posto sopra il radiatore del termosifone acceso, comincerà a girare minacciosamente. Questa decorazione permette di evidenziare le correnti di convezione che si instaurano nell’aria calda sopra il radiatore.