Fenomeni termici

Fasi della materia

Dall'esperienza quotidiana siamo abituati a ritenere che la materia si presenti con un aspetto quasi immutabile: pensiamo alle rocce o agli oggetti metallici come solidi, all'acqua o al mercurio come liquidi, all'aria come un gas. Ma tutti abbiamo esperienza diretta del fatto che l'acqua si presenta, oltre che come liquido, anche come ghiaccio (solido) o come vapore acqueo. Anche il ferro, usualmente solido, in una colata di fonderia dove si trova a temperature elevatissime, fonde e diventa liquido.

La materia ha quindi diversi stati di aggregazione o fasi: fase solida, fase liquida e fase aeriforme; inoltre una stessa sostanza èm soggetta a cambiamenti di fase.

Da cosa dipende il fatto che una sostanza si trovi in un particolare stato di aggregazione? Che cosa provoca il passaggio da uno stato a un altro?

Per rispondere a queste domande seguiamo l'evoluzione di una certa massa di acqua da cubetto di ghiaccio, ad acqua liquida, a vapore acqueo.

Simulazione Un blocco di ghiaccio viene preso dal freezer dove si trovava a -20°C e posto su un fornello che gli trasferisce calore. Che cosa accade al passare del tempo? fusione (20K)

Naturalmente il ghiaccio fonde, ma il processo di fusione (cioè il passaggio dalla fase solida alla fase liquida) non inizia subito. Infatti, a normali condizioni di pressione atmosferica, il ghiaccio fonde alla temperatura di 0 °C.

All'inizio del processo il fornello cede del calore per riscaldare il ghiaccio da -20°C fino a 0 °C, quindi il ghiaccio comincia a fondere e appare come un miscuglio di acqua e ghiaccio. Durante la fusione, la temperatura rimane a 0 °C mentre il calore fornito dal fornello serve a permettere la fusione;

Quando tutta l'acqua è passata alla fase liquida, la temperatura ricominca a crescere linearmente con il tempo fino ad arrivare a 100 °C. A questo punto inizia il processo di ebollizione, cioè il passaggio tumultuoso dalla fase liquida a quella aeriforme, con la formazione di bolle di vapor d'acqua che risalgono alla superficie del liquido, esplodendo al contatto con l'aria. Durante l'ebollizione, la temperatura rimane costante mentre il calore fornito serve a permettere il passaggio di stato. Se infatti si spegne il fornello, l'ebollizione cessa. Il processo continua fino a quando tutta l'acqua non è passata allo stato di vapore,

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Copyleft Ludovica Battista

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