Con la seguente lezione pratica dimostri il movimento dei gas. Prendendo come esempio l’aria, dimostri che l’aria calda ha una densità minore dell’aria fredda e quindi tende a salire verso l’alto. Dalla pratica alla teoria.
Materiale
Una bottiglia di vetro
Un palloncino
Un elastico
Un phon
Metti l’imboccatura del palloncino attorno al collo della bottiglia e fermala con un giro di scotch. Adesso riscalda la parte bassa della bottiglia a bagnomaria
o con il phon.
A causa del movimento dei gas, più precisamente del movimento delle molecole del gas in esame, l’aria riscaldata sale verso l’alto e gonfia il palloncino.
Se l’aria è sottoposta a riscaldamento, si dilata e sue molecole tendono ad espandersi, cioè tendono ad occupare un volume maggiore. Ovvero diminuisce il numero di molecole contenute in un determinato volume d’aria, cioè diminuisce la sua densità. La densità di un corpo viene infatti calcolata dividendo la massa del corpo per il suo volume.
d= m/V
L’aria calda è più rarefatta ed ha una densità minore dell’aria fredda, quindi l’aria calda tende a spostarsi verso l’alto. L’aria fredda che ha una densità maggiore è più attratta dalla forza di gravità rispetto all’aria calda, quindi scende prendendo il posto di quella che sale.
A questo punto ti domandai…
Se l’aria calda tende a salire, perché se saliamo di altitudine fa più freddo?
In breve, perché quando si sale la pressione atmosferica (cioè, l’aria che hai sopra la testa) diminuisce e siccome solitamente l’aria che sale non ha tempo di scambiare calore con l’ambiente circostante allora si espande a scapito della propria energia interna, il che porta ad un abbassamento della sua temperatura. Se si tratta di aria umida, parte del calore proveniente dall’evaporazione potrebbe rallentarne il raffreddamento, ma in generale la sua temperatura diminuisce con l’altezza.
Un allievo ha posto la seguente domanda
Ma tutte le cose calde tendono ad andare verso l’alto?
La risposta è la seguente:
No, i binari del treno non tendono verso l’alto anche in una giornata di agosto, ma è invece vero per una mongolfiera: scaldando l’aria, le molecole dell’aria contenuta nel pallone si muovono più velocemente occupando più spazio.
Più volume con la stessa massa, ovvero si abbassa il valore della densità per unità di volume.
È proprio per il principio di Archimede che la mongolfiera prende il volo!
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