La materia, la densità e gli stati di aggregazione
La materia
Tutto ciò che ci circonda è costituito da materia. Un corpo è definito come una porzione di materia. Un corpo può essere visibile, come ad esempio un sasso, o invisibile, come ad esempio l'aria. Ogni corpo è dotato di una massa e un volume proprio e quindi occupa un certo spazio che non può essere occupato da un altro corpo.
Massa di un corpo
rappresenta la quantità di materia da cui è formato e si indica con m. Nel SI l'unità di misura è il kilogrammo kg con i suoi multipli e sottomultipli.
Volume di un corpo
rappresenta lo spazio occupato e si indica con V. Nel SI l'unità di misura è il metro cubo m3 con i suoi multipli e sottomultipli. Spesso il volume di liquidi è espresso in litri L con i suoi multipli e sottomultipli. Nota bene: 1dm3=1L.
Esempio:
Esprimi il peso di una pagnotta di 1,2kg in g e il volume di una bottiglia di olio di 0,75L in cm3.
Poichè
1kg=1000g
allora
1,2kg=1200g
Poiché
0,75L=0,75dm3 e 1dm3=1000cm3
allora
0,75L=750cm3
Determinazione della massa di un corpo
La massa di un corpo si misura con una bilancia a due piatti. Si compara la massa del corpo da determinare con dei pesi di massa nota. All'equilibrio le masse dei corpi coincidono e possiamo determinare la massa del corpo incognita.
Nota bene: le bilance normalmente usate, come quella da cucina, misurano in realtà il peso del corpo. Il peso di un corpo P, è la forza con cui il corpo è attratto verso il centro della terra. La massa di un corpo è una caratteristica del corpo e non cambia. Il peso di un corpo dipende dalla forza di attrazione.
Determinazione del volume di un corpo
Il metodo per misurare il volume di un corpo dipende dalla sua forma.
Metodi per determinare il volume di un corpo
Se si tratta di un liquido
si utilizza un recipiente graduato, come ad esempio un cilindro.
Se si tratta di un solido che ha una forma regolare
si calcola il volume misurando le dimensioni caratteristiche del solido. Ad esempio, se il corpo ha la forma di un cubo si misura lo spigolo e si calcola il volume applicando la formula del calcolo del volume di un cubo.
Se si tratta di un solido che possiede una forma irregolare
si esegue una determinazione indiretta, misurando la differenza di volumi.
Si versa un liquido in un recipiente graduato e si legge il volume sulla scala graduata.
Si immerge il corpo nel recipiente. Il corpo, a causa del volume occupato, farà variare il livello del liquido.
Si legge il nuovo valore del livello sulla scala.
La differenza tra il volume finale e quello iniziale è uguale al volume del solido. Nota bene: il solido non deve assorbire il liquido quando viene immerso.
Esempio:
Pietro vuole determinare il volume di un sassolino.
Prende un cilindro graduato e lo riempie d'acqua fino all'altezza di 100mL. Immerge il sassolino nel cilindro ed osserva il livello del liquido che misura 109mL. Pietro calcola la differenza di volume finale ed iniziale 109−100=9. Il sassolino ha un volume di 9mL.
La densità
La densità è una grandezza che esprime la quantità di massa contenuta in un'unità volume. Si indica con la lettera d. Si tratta di una grandezza derivata ed è il rapporto tra la massa e il volume di una sostanza.
d=Vm
Nel SI internazionale le unità di misura della densità è: m3kg
Spesso si usano dei sottomultipli come cm3g
La densità è una proprietà intrinseca della materia ed ha molteplici applicazioni:
è possibile determinare la natura di una sostanza dal valore della sua densità;
è possibile prevedere se un corpo galleggia o va a fondo quando viene immerso in un liquido confrontando i valori di densità del corpo e del liquido;
è possibile determinare la massa di un corpo se si conosce la densità e il volume del corpo stesso. Infatti
d=Vm allora m=d∗V
Esempio:
Pietro vuole determinare se una biglia è di acciaio. Ne determina la densità sperimentalmente e confronta il valore ottenuto con quello dell'acciaio. Se i due valori coincidono la biglia è di acciaio.
Confrontando il valore di densità della biglia con quello dell'acqua, Pietro potrà prevedere il comportamento della biglia una volta immersa nell'acqua. Se la densità della biglia è maggiore di quella dell'acqua, va a fondo, se la densità della biglia è minore di quella dell'acqua, galleggia.
Nota bene: Il peso specifico (Ps) di una sostanza è dato dal rapporto tra il peso e il volume di un corpo: Ps=VP
Poiché il peso dipende dalla forza di attrazione che può variare nell'Universo, il peso specifico è una grandezza che varia a seconda del luogo in cui è determinata. Ad esempio, il peso specifico di una biglia di acciaio sarò diverso sulla Luna da quello misurato sulla Terra.
Gli stati di aggregazione della materia
La materia è presente sotto forma di tre stati di aggregazione. solido, liquido e aeriforme.
Per capire da cosa dipende lo stato di aggregazione della materia, bisogna assumere che la materia sia formata da particelle microscopiche invisibili ad occhio nudo. Il movimento delle particelle è diverso a seconda dello stato fisico in cui si trovano i corpi.
1. Stato solido
Le particelle sono disposte in maniera ordinata e in stretto contatto tra loro e occupano posizioni fisse nello spazio. Non si muovono, possono solo effettuare piccole vibrazioni.
2. Stato liquido
Le particelle possono muoversi scorrendo le une sulla altre rimanendo sempre in contatto.
3. Stato aeriforme
Le particelle possono muoversi in tutte le direzioni scontrandosi e allontanandosi.
Nota bene:esiste un quarto stato di aggregazione della materia, il plasma. Il plasma è uno stato simile a quello aeriforme ma è capace di condurre l'elettricità. E' lo stato più diffuso nell'Universo perché è caratteristico delle stelle, come ad esempio il Sole. Sulla Terra si forma ad esempio nei fulmini, ed è stato creato artificialmente in condizioni particolari. E' sfruttato in certe applicazioni come ad esempio i televisori al plasma.
