Grandezze estensive ed intensive (superiori)

Esistono due tipi di grandezze per descrivere le proprietà della materia: le grandezze estensive e le grandezze intensive.
Le grandezze estensive dipendono dalla quantità di materia presente del campione da analizzare. Le grandezze intensive non dipendono dalla quantità di materia presente ma solo dalla natura del campione e dalle condizioni in cui esso si trova.

Grandezze estensive

La lunghezza

La lunghezza è una grandezza estensiva. La sua unità di misura nel SI è il metro (m). La Conferenza generale dei pesi e delle misure ha definito il metro nel 1983 come lo spazio percorso dalla luce nel vuoto durante un intervallo di tempo dato. Esistono vari sottomultipli del metro. (approfondisci qui.)

Il tempo

Il giorno solare medio ha rappresentato il riferimento per il secondo (s) fino al 1960. Dal 1967 il secondo è definito come l'intervallo di tempo necessario alla radiazione emessa dal cesio-133 per compiere un numero dato di vibrazioni (circa 9,000 miliardi di vibrazioni).

Il volume

Il volume è una grandezza derivata da una lunghezza elevata al cubo e la sua unità di misura nel SI è il metro cubo (m³). La definizione di litro, tuttora accettata nel SI, risale al 19677 e stabilisce che 1 L = 10^-3m³

La massa e il peso

La massa è la misura dell'inerzia di un corpo, cioè la misura della resistenza che il corpo oppone al variare del suo stato i quiete o di moto. L'unità di misura della massa del SI è il kilogrammo (kg). La massa campione è un cilindro di platino-iridio conservato dal 1875 a Sèvres, in Francia. Lo strumento per misurare la massa è la bilancia ed ogni bilancia può avere portata e sensibilità differente. Per sensibilità si intende il valore minimo che la bilancia può misurare; per portata si intende il valore massimo che la bilancia può misurare.
Il peso di un corpo P di massa m è la forza con cui esso viene attratto dalla Terra secondo la relazione P = m x g dove P e il peso, m la massa e g l'accelerazione di gravità (circa 9,81 m/s² sulla Terra).

Grandezze intensive

La pressione

La pressione p è data dal rapporto tra la forza F, che agisce perpendicolarmente alla superficie, e l'area s della superficie stessa. La formula è $p={\frac {F}{a}}$. L'unità della pressione del SI è il pascal (Pa) pari a 1 newton (N) su metro quadrato (m²). 1 Pa = 1 N/m² = 1 Kg x m^-1 x s^-2. La pressione di un gas si misura con il manometro, mentre quella atmosferica con il baromentro.
La prima misura di pressione è stata effettuata da Evangelista Torricelli nel 1644 con un dispositivo chiamato barometro a mercurio. Esso è costituito da una bacinella contenente mercurio, dentro la quale viene immerso per capovolgimento un tubo, anch'esso contenente mercurio. Quando la pressione esercitata dall'atmosfera sulla superficie del mercurio nella bacinella ha eguagliato la pressione all'interno del tubo si è ottenuta un'altezza di 76 cm nella colonna di mercurio (mmHg). Si dice pertanto che la pressione di 1 atmosfera (1 atm) è uguale a 760 mmHg.

La densità

La densità assoluta d di un corpo viene espressa dalla relazione $d={\frac {m}{V}}$. La densità è una proprietà intensiva poiché non dipende dalla quantità di materia presente nel campione. La densità è una grandezza derivata. All'aumentare della massa del campione studiato, infatti, aumenta in proporzione anche il volume occupato dal campione; il rapporto tra la massa e il volume, cioè la densità, pertanto non cambia. La densità varie invece al variare della temperatura e della pressione, pertanto quando si esprimono i valori della densità è necessario specificare a quale temperatura e pressione essi si riferiscono.
Bisogna ricordare che densità e peso specifico sono grandezze diverse; il peso specifico esprime il rapporto tra il peso di un corpo e il suo volume e corrisponde al prodotto della densità per l'accelerazione di gravità: $Ps={\frac {P}{V}}={\frac {m\cdot g}{V}}=d\cdot g$.

Temperatura e calore

Temperatura e calore sono grandezze fisiche diverse tra loro. La temperatura di un corpo indica il suo stato termico ma non ci dà alcuna informazione sulla quantità di calore che ha consentito di raggiungere quel determinato stato. La temperatura è intensiva e il calore è estensivo.

Temperatura

Lo strumento che consente di misurare la temperatura è il termometro. I termometri possono essere graduati secondo diverse scale termometriche: la scala Celsius, la Fahrenheit o la Kelvin.
La scala Celsius, inventata nel 1742 da Andrea Celsius, è una scala relativa perché è basata su due punti fissi: la temperatura del ghiaccio mentre fonde e la temperatura dell'acqua distillata mentre bolle.
La scala Fahrenheit è in uso soprattutto negli Stati Uniti ed è anch'essa relativa, infatti è basata sui punti di congelamento e di ebollizione dell'acqua.
La scala Kelvin mantiene gli stessi punti fissi della scala centigrada ma ha una differenza di 273,15, cioè 1 K = t°C + 273,15. Lo zero kelvin (-273,15°C) viene chiamato zero assoluto poiché tutte le particelle all'interno del corpo sono immobili. La scala kelvin è chiamata scala assoluta delle temperature ed è la scala ufficiale.

Calore

Il calore è un trasferimento di energia tra due corpi che si trovano inizialmente a temperature differenti. La quantità di energia che un corpo caldo trasferisce a uno più freddo non dipende soltanto dalla differenza tra le due temperature, ma anche dalla massa del corpo più caldo. La sua unità di misura è uguale a quella dell'energia, il joule (J).
Il calore specifico è la quantità di energia assorbita o ceduta da 1 Kg di materiale che provoca un aumento o una diminuzione di temperatura di 1 K. Per determinare il calore assorbito o ceduto da un corpo è sufficiente conoscere la massa e la variazione di temperatura: $Q=c\cdot m\cdot \Delta t$ dove Q è il calore, c è il calore specifico, m è la massa e Δt (delta t) è la variazione di temperatura che si ottiene facendo t₁ - t₂.