1. L`ACQUA SCOMPARE (Perché il calore asciuga un oggetto

1. L'ACQUA SCOMPARE (Perché il calore asciuga un oggetto bagnato?)
Materiale occorrente:
Due bicchieri uguali
Un piattino
Un pennarello
Acqua
L’esperimento passo a passo:
Riempire i due bicchieri d'acqua fino allo stesso livello e segnarlo con il pennarello
Coprire uno dei due bicchieri con il piattino
Mettere i due bicchieri sul termosifone oppure al sole
Le osservazioni da fare:
Il giorno dopo il livello dell'acqua nel bicchiere scoperto è più basso; quello nel bicchiere
coperto è pressoché identico
Dov’è finita l’acqua che manca?
Lasciando i bicchieri nella stessa situazione per un tempo più lungo (una settimana)
assisteremo alla completa scomparsa dell’acqua nel bicchiere scoperto
Le spiegazioni:
L'acqua contenuta nel bicchiere scoperto, per effetto del calore, è evaporata, cioè si è
trasforn1ata in minuscole, invisibili goccioline di vapore acqueo che si sono mescolate con
l'aria e sono "volate via". Ecco perché i panni stesi al sole si asciugano. Oltre al calore,
anche l'aria in movimento (il vento o il nostro soffio) facilita l'evaporazione: perché sposta
il vapore acqueo che si stacca dall'oggetto bagnato e rende l'aria circostante disponibile ad
accoglierne altro.
Le trasformazioni dell'acqua. L'acqua è un liquido, ma il freddo la trasforma in solido
(ghiaccio, neve, brina...) e il calore in gas che scompare nell'aria (vapore acqueo). Studiando
il ciclo dell'acqua e ci possiamo come si formano le nubi, la pioggia o la nebbia, scoprire che
l'acqua è anche nell'aria, capire perché si pattina sul ghiaccio e perché in inverno i finestrini
si appannano.
Punto d’ebollizione. Quando l'acqua raggiunge i 100°C comincia a bollire: nel liquido si
formano bolle di vapore che sfuggono nell'aria attraverso la superficie. La temperatura
d’ebollizione varia col variare della pressione. In alta montagna, ad esempio, la massa d'aria
che sovrasta la superficie terrestre è minore, quindi la pressione atmosferica è più bassa:
1'acqua perciò raggiunge l'ebollizione ad una temperatura inferiore ai 100°C.
2. L’ACQUA SE NE VA E POI RITONA
Materiale occorrente:
Un pentolino
Un coperchio d'acciaio
Un fornello
Acqua
L’esperimento passo a passo:
Riempire d'acqua il pentolino e metterlo sul fuoco
Quando l'acqua bolle mettere il coperchio nella nuvola di vapore che si alza dall'acqua
Le osservazioni da fare:
Sul coperchio si formano delle gocce d'acqua
Guardando in controluce il vapore si noteranno degli sbuffi simili a piccole nuvole
Il vapore sale verso l’alto
Le spiegazioni:
Il vapore acqueo che si sprigiona dall'acqua in ebollizione, a contatto con il freddo del
coperchio perde calore e ritorna immediatamente allo stato liquido: questo fenomeno è
chiamato condensazione.
L’acqua compie, quindi, un percorso di andata e ritorno fra lo stato liquido e quello gassoso.
La pioggia. Col calore del sole l'acqua evapora da laghi, fiumi, mari, dalle piante e dalla
nostra pelle. L'enorme quantità di particelle di vapore acqueo che sale nell'atmosfera così
come il nuvoletta che fuoriesce dal nostro pentolino. Il vapore raffreddandosi, si condensa in
minuscole gocce d'acqua, che si raggruppano formando le nuvole nel cielo. Se una nuvola
incontra dell'aria calda si disperde evaporando, se incontra aria fredda, invece, le gocce che
la formano si uniscono tra loro e diventano troppo pesanti perché siano sostenute dall'aria:
ecco che allora precipitano al suolo sotto forma di pioggia.
3. ACQUA DAL NULLA (L'umidità dell'aria)
Materiale occorrente:
Un bicchiere e un congelatore
L’esperimento passo a passo:
Mettere il bicchiere perfettamente asciutto, nel congelatore
Dopo 30 minuti tirarlo fuori e riponilo sul tavolo
Le osservazioni da fare:
Immediatamente il bicchiere si appanna; poco dopo sulle sue pareti si formano minute
goccioline: se le tocchi il tuo dito s’inumidisce
Le spiegazioni:
Nel congelatore le pareti del bicchiere si sono raffreddate. Quando rimuoviamo il bicchiere
dal congelatore e lo portiamo sul tavolo, l'aria viene a contatto con il bicchiere e si raffredda.
Il vapore acqueo che essa contiene si trasforma in minuscole gocce d'acqua che
inumidiscono il vetro. Col passare del tempo, le gocce diventano sempre più grandi e, se si
attende abbastanza, si vedranno scivolare lungo le pareti del bicchiere.
Nelle giornate ‘umide’, quando d’estate c’è afa o d’inverno piove, la quantità di vapore
acqueo nell’aria è molto grande. In queste giornate, il bicchiere freddo sarà coperto di acqua
molto più velocemente e le grandi gocce si formeranno subito.
D'inverno i finestrini delle automobili si appannano perché il nostro fiato, ricco di vapore
acqueo, si condensa in gocce d'acqua non appena entra in contatto con i1 vetro freddo. Per
lo stesso motivo, d’estate le bottiglie e le lattine portate fuori dal frigorifero si bagnano
immediatamente.
Il vapore acqueo, a contatto con aria fredda, si condensa e ritorna acqua, dando origine alla
pioggia.
4. ACQUA SOLIDA
Materiale occorrente:
Un barattolo di vetro o di plastica con il tappo
Acqua
Un congelatore
L’esperimento passo a passo:
Riempire d'acqua fino all'urlo il barattolo
Appoggiare il tappo sull'apertura senza avvitarlo
Mettere il tutto nel congelatore e aspettare finché l'acqua nel barattolo sarà congelata
Le osservazioni da fare:
L'acqua si solidifica e supera l'orlo del barattolo, sollevando il tappo
Le spiegazioni:
Quando l'acqua diventa ghiaccio occupa più spazio che allo stato liquido, quindi il barattolo
non riesce più a contenerla. Se dimentichiamo una bottiglia d'acqua chiusa col tappo nel
congelatore rischiamo di trovarla in pezzi a causa dell’azione del ghiaccio. I tubi che nelle
case trasportano l'acqua potabile o que1la per il riscaldamento in inverno devono essere
protetti ed isolati dal freddo affinché non scoppino in caso di gelate.
Struttura molecolare. Quasi tutte le sostanze quando sono riscaldate si dilatano e quando
sono raffreddate si contraggono. L'acqua invece si contrae fino ai 4°C ma se è ulteriormente
raffreddata ricomincia ad espandersi. Questo dipende dal fatto che le molecole del ghiaccio
aumentano le reciproche distanze disponendosi in strutture geometriche esagonali.
5. SORGENTI DI PIOGGIA
Materiale occorrente:
Tre barattoli di latta identici
Una siringa senza ago
Vernice nera
Vernice bianca
Acqua
L'esperimento passo a passo:
Pulire bene la superficie esterna dei barattoli
Verniciare un barattolo di nero ed un altro di bianco
Porre i tre barattoli di su un davanzale della finestra posto al sole
Versare la stessa quantità d'acqua in ogni barattolo utilizzando la siringa
Segnare il livello raggiunto dall’acqua
Attendere qualche ora e controllare il livello dell'acqua
Le osservazioni da fare:
I barattoli sono colpiti dalla luce del sole ed ogni barattolo acquisterà una temperatura
diversa in dipendenza dal colore della sua superficie. In particolare, il barattolo nero sarà
sempre più caldo degli altri due barattoli.
Dopo alcune ore (tre almeno) si potrà osservare l’effetto provocato della diversa
temperatura: l'acqua nel barattolo nero avrà un livello inferiore rispetto all'acqua nei
barattoli bianco e lucido.
L’esperimento può durare diversi giorni e si potrà annotare il tempo impiegato dall’acqua ad
evaporare nei diversi barattoli.
Le spiegazioni:
L’innalzamento della temperatura dei barattoli è indice dell’assorbimento di una certa forma
di energia (calore). Siccome i barattoli non sono posti in presenza di una sorgente termica
(una fiamma, per esempio) si potrà dimostrare che la fonte di energia è costituita dai raggi
solari. La luce trasporta, quindi, energia dal Sole fino a noi! Questo trasferimento di energia
avviene ad una distanza pari a 144 milioni di chilometri attraverso il vuoto.
Il colore della superficie rende ogni barattolo diverso dall’altro. Infatti, il barattolo nero
assorbe più energia solare e la sua temperatura aumenterà di più mentre i barattoli bianco e
lucido assorbiranno meno energia ed avranno temperatura inferiore. Il colore influenza,
quindi, le caratteristiche di assorbimento di energia solare dei barattoli che sono in tutto
identici tranne che per lo strato esterno.
Attraverso l’esperimento si può osservare come l'evaporazione dell'acqua sia innescata
dall’assorbimento dell'energia solare. Si noterà, inoltre, che ad una temperatura maggiore
corrisponde una maggiore evaporazione. A causa di questo meccanismo l'acqua del mare e
l'acqua contenuta nei terreni evapora continuamente e si porta nell'aria intorno a noi
contribuendo alla formazione dell'umidità atmosferica.
L'aria umida, raffreddandosi, da luogo al formarsi delle nuvole.
6. QUANTA ACQUA VIENE GIÙ!
Materiale occorrente:
Un contenitore cilindrico di circa 18 cm di diametro senza bordi irregolari (una pentola)
Un righello
Un pennarello indelebile
Un misurino per i liquidi
L’esperimento passo a passo:
Versare nel contenitore 10 ml di acqua e segnare la posizione del livello raggiunto
Ripetere l’operazione in modo da costruire una scala graduata con divisione 10 ml
Valutare l’area dell’imboccatura del contenitore esprimendola in metri quadri (esempio: un
contenitore cilindrico con diametro 18 cm = 0,18 m ha un’area pari a A = 3,14 x (0,18/2)2 =
0,025 m2)
Mettere il contenitore all’esterno, lontano dai muri ed in posizione riparata dal vento (oppure
fare una buca nel terreno per calarci il contenitore e renderlo più stabile)
Ogni mattina alla stessa ora, valutare la quantità d’acqua nel contenitore e successivamente
rimuoverla dallo stesso
Riportare il valore di volume in litri d’acqua piovana in una tabella a tre colonne
Dividere il valore ottenuto per l’area dell’imboccatura del contenitore e riportare il valore
della pioggia nella seconda colonna. Questo valore è quello della pioggia misurata in litri a
metro quadro o, come usualmente riportano i meteorologi, in mm!
Le spiegazioni:
Il pluviometro serve a misurare la quantità d’acqua piovana giornaliera. Non potendo
misurare complessivamente la quantità totale d’acqua, si adotta una misura relativa: si
misura cioè quanti litri d’acqua piovana sono caduti per ogni metro quadro di terreno.
Disponendo di un piccolo contenitore, possiamo calcolare quanti litri per metro quadro di
pioggia sono caduti dividendo il volume d’acqua raccolta per l’area dell’imboccatura del
contenitore.