Calore

-T
]oil
lt
iI
{
ll calore
iate
3m-
e I passaggt
:di
d istato
lsse
edi
con
era-
.5 "c
ungo
rOnte
ì
eare
'c)
aL-
l
j'r ww3qrryw
-;;**L.lj;S
ì
ffi, Che cos'è il calore
conoscere ìl signif icato e
a natura del calore e le sue
Itimeviene
'elazioni qualitative con la
.ernperatuia e l'equilibrio
abelta
_ermrco
ssa [e
ata te
riziate
'acqua
47 "c.
Iempeua alta
re per-
Abbiamci r.isto che possiamo risr:alclarc o ra{Ireddare i corpi. cioò siamo in grado di iarnc aumentarc o diminuire 1zr tcmperaturar. Riflctti:rmo orzr sul signilìcato delle parole. "Riscaldare" sisniiìca lornire calorc, c<.isì come "raffteddare"
significa sottrarre calorr:. II calore può esscre quincli considerato la grandezza
Iìsica responsabile delle variazioni di ternperatwra dei corpi: la temperatura
aumenta quar-rdo ii corpri assorbe calore diril'ambierntc t:sterlro. diminuisce quando il corpo cede calore all'esterno.
Tuttar,ia serppiamo anche che la temperatura di r-rn corpo aumenta o diminuisce
quando esso rriene posto :t contatto con Lrn altro corpo cire si tror,a a tcmperatura
diversa. l)obbiamo, dunclue. immaginari: che clurantc il cotrtatto tra duc corpi
che si trovano a tcmperaturc iniziali diverse si rrerilìchi un trzìslerimento di calore
che l.a dal corpo piir caldo (che, pcrdenclo czrlorc, si raflredcia) a quello più lreddo
(che, assorbendo calore, si risczrlda).
*§
C?
,:. Fig. 1 Ritratto
di A.L. Lavoisier.
cm§mr*
a*
*m*16àm
Per gli scienziati del Settecento, in particolare A.L. Lar,oisier, il calnre elra una
sorta di "fluido im,isibile diffuso in tutter la natura c dr:l quale i corpi sono più o
mcno per:\'asi. a seconcla dellzr ìoro ternperatura e della loro disposizicinc naturale
a trattenerlo".
Questo "fluiclo invisibilc", che era chiamirto "ca1orico", cntlando e uscendo dai
corpi ne facel'a r,'ariare la tcrnpcratura.
La teoria del calorico era soclclislaccrrti: solo fino a un certo punto. Essa. infàtti,
permette\ra di spiegare la naturalc- tcnclenza clel calore a passare da uu corpo caldo
a uno piu freddo. ma non poteva spieeare il calore che riasce quaudo due corpi
vengono sfregat"i tra loro, in altre palok: i1 calore prodotto per attrito.
Studi successirri. doyuti principalmente allo scienziato britannico,J. Joule, consentirono di precisare lzr natura clcl calor-c. Esso non è una sostanza contenuta
nei corpi, corne immasinava Lavoisicr. ma una de11e dir.'ersc forme itr cui può
manilestarsi 1'energia, un'irnportantc grernclezzaftsica che studicremo ruegli.o itr
seguito.
In modo molto semplice possiamo aflermare che:
il calore è quella forma di energia che può essere trasferita da un
corpo a un altro in virtù della differenza di temperatura esistente tra
i due corpi; di conseguenza rappresenta la causa delle variazioni di
temperatura dei corPi.
ilw
i,
i"IEil
5!i[D
E opportuno sottolineare che il calore e la temperatura sono gratdezze fisiche ben
distinte. Il calore, infatti, è un flusso di energia che si trasmette da un corpo a rrrl
altro e, in quanto tale, costituisce una proprietà associata all'interazione termica
tra più corpi. La temperatura, invece, è un indice dello stato termico e peltanto
una grandezzaftsica associata a un singolo colpo.
&§r-x§§m
d* m*sasrm *m* *ffi§ffir#
Poiché il calore è una forma di er-^rgia, per esprimere la quantità di calore bisogna usare l'unità di misura dell'energ-,.' Nel SI tale unità rriene chiamata joule (f .
Nel sistema pratico, tuttavia, l'unità ,li nr-rrrra adottata per il calore è la caloria
(cal), definita come segue:
la caloria è la quantità di calore necessaria per innalzare la
temperatura di 1 g di acqua pura da 14,5 oC a 15,5 oC alla pressione
di 1,Ol '1Os Pa, cioè alla pressione atmosferica standard.
Nel sistema pratico è spesso usata anche la kilocaloria (kcal), che differisce dalla
caloria in quanto si riferisce a I kg di sostanza.
Per convertire le calorie in.joule
occorle tenere presente che:
e viceversa
I cal = 4,186J
e
1
kcal
t
/
= 103 cal = 4186J
I:
E
ilur
'
*
,
,
.
:
'
*
Un fometlo elettrico eroga 20 J di energia a[ minuto.
Calcotiamo [a quantità di calore Q prodotta dal fometto in 20 minuti, esprimendola in joute e in calorie.
1,
pertanto
prodotto dal fornetto in 10 minuti
equivale allenergia totale erogata nel.lo stesso
tempo, pertanto:
0 = 20
J/nin'
quetla
essere ...........
è
deLl.a ...................
di
di
calore Q espresso in catorie è:
= 400 ' 0,239 cal = 95,6 cal
catore ftuìsce sempre da un corpo a temperatu-
ra
a un corpo che si trova a ..........................
i due corpi
...................
Risolvi
5.
6.
nei corpi stessi.
.... che
necessaria
per..................... [a temperatura di ................ dì ..................
da ..................... a ........................
È
i seguenti quesiti.
f
r:,
corretto affermare che
,trÌ ,r
È conetto affermare che ponendo a contatto due corpì tra
essi si verifica uno scambio di temperatura?
A un corpo vengono fornitì 50 J dì calore. Quante catorie
di catore ha assorbito it corpo?
8.
Un fornello eroga 50 cal di calore
in un minuto.
Quante
9. Un forne[lo eroga 45 cal" di calore in un minuto.
Quanti
calorie eroga in un'ora?
joute di catore eroga in un'ora?
:
mll',n
i corpi contengono calore?
7.
si manifesta nett'ìnteraz'ione ...................... tra due corpì.
3. Una catoria è [a .......................... di ......... .............
il-t
.&[-
da un corpo a un a[tro in virtù
.................. esistente tra
catore è un ftusso di
m
4. rt
..................... che può
e che causa de[[e ............................. di
2. i[
Q
iL
ca[=0,239cal
&,dess* pr*vs tu
Esprimi in joute una quantità di calore pari a 300 cat.
20 min= 400 J
Completa inserendo [e parole mancanti.
1. I[ catore
cal:4,86 J. sarà:
Poiché 1
rJ= 4,186
.
-
* I[ calore
E[
tt l
"s
frr-i
.:L
dtti.;-
lrEr:
ilii*Tiift
llTr:
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;rfl-É
'uIialJ:I
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I
I
t#s
#
^§i rr carore e r pa§sagg! qr sfaro
[r G8! L
il
ffi La relazione tra calore e temperatura
e il calore specif ico
- rnoscere e saper
.
cplicare l'equazione della
-:lorimetria, riconoscendo
l|.
il
Sebbene il calore e Ia temperatura siano grandezze fìsiche ben distinte, è innesabile che tra essc intercorrano strette relazioni. Per dedurle, è necessario conoscere
il risultato di esperimenti eseguiti fornendo calore a un corpo, per esempio riscaldando Lrna certa quantità d'acqua alla {ìamma di un ftrrnello:
. 3nificato del calore specifico
6 fornendo quantità di calore diverse allo stesso corpo) cioè alla stessa massa d'acqua, si registrano variazioni di ternperatura direttarnente proporzionali al calore fornito (Fig. 2.a);
s fornenclo la stcssa quantità di calore a corpi diversi, cioè a masse d'acqua diverse, le r,'ariazioni di temperatura risultano inversarnente proporzionali alle
rnasse (Fig. 2.b);
Pertanto, indicando con Qla quantità. di
scarnbiata, cioè acquistata o ceduta, da un corpo di massa m e con LTla
conseguente rrariazione di temperatura, i
calore
b)
risultati sperimentali richiamati sopra permettono di scrivere la seguente relazione:
d'i ";
il Fig. 2
a) Al crescere
del tempo di riscaldamento
aumenta proporzionalmente la
temperatura dell'acqua.
b) 1 k9 di acqua raggiunge
l'ebollizione in 10 minuti, 2 kg in
20 minuti.
mm
di alcune sostanze
Sostanza Calorespecifico
ca[g . "C
.
1,00
0,83
0,63
:q no
0,58
.r0
.riaccìo a 0
:la
oC
Osserrriamo che, in accordo con i risultati sperimentali, la formula precedente
permcttc di aflcrmare che:
a, se la massa della sostanza si nnantiene costante, la variazione di
ternpenatura ò dinettamente proporzionale al calore scambiato;
b" se it calore scambiato è eostante, la varlazione di temperatura è
inversannente proporzionale alla massa del corpo"
rirnetria.
Éi --, I
if, { *r{
tE p
0,54
0,22
0,1.2
:tro
0,12
ime
0,093
itone
0,091
"qentO
0,056
ìercun0
0,033
:iombo
0,03
1
,,,,M'§i$i ,u*
qr !F{
t
"-f"
c I rr g r
La costante c. che compare nell'equazione della calorimetria è un importante
parametro termico cl-riamato calore specifico, il cui valore, così come mostrato
in tabella, dipende dal materiale di cui è fatto il corpo sottoposto a riscaldamento.
Esplicitando la formula del calore rispetto a c" , otteniamo:
'r=#
0,24
.Iuminio
/'
Lzr lormula precedente stabilisce le relazioni tra il calore scambiato da un corpo e
la conseguente variazione di temperatura) ed è chiamata equazione della calo-
Galore specifico
,:qua
-ìrpo umano
rar A
dove c, è una costante di proporzionalità il
cui significato fisico chiariremo tra breve.
:1{4l<
>r'_-
,'
il corpo sottoposto a riscaldamento ha massa
peratura è AZ= I oC, avremo:
Se
m
= | g e se Ia variazione
di tem-
a_
t,= 1.r
=Q
Pertanto:
i! calore speeÉfiso di una sostanza rappresenta la quantità di calore
che fornita a 1 q di tale sostanza ne provoca i'innalzamento
della ternperatura di 1 oe .
.rii,arul*ai*;;'k;i..,,:;*kÀ*iia,Ài&lÀi?'i
&hàà!§iiiis&!.,r,,
fenomeni termici e le leggi dei gas
I
L'unità di misura del calore specifico è callg oC, equivalente a kcal/kg oC.
Al prodotto m c,che compare nell'equazione della calorimetria si dà il nome di
capacità terrnica (simbolo: Q.
La capacità termica rappresenta il calore che occorre fornire a un
corpo per innalzarne la temperatura di 1 K o, che è lo stesso, di oC.
e La temperatura di 100 g di acqua viene fatta aumentare di 30 "C. Quanto catore è stato fornito?
* Poiché i[ calore specifico dell'acqua è 1 calg . oC,
i[ catore fornito si ricava dalla relazione:
Q=c,m LT
&dass* §reve t§"§
w A 200 g di acqua vengono fornite 4 kcal di calore.
*
Di quanto aumenta [a temperatura dellacqua?
di olio vengono fornite 8 kcal di calore,
di quanto aumenta [a sua temperatura?
Se a 100 g
*
Sostituendo i vaLori si ha:
Q=1.cal/ g.oC. 1009 . 30'C=3000cal=3 kcal
temp*rsàexr& di
Lm
eqr,x§§§kr§m rse§
(ess ssmerffi§*
Abbiamo visto che ponendo a contatto due corpi a diversa temperatura tra essi si
verifica uno scambio di calore e ciò consente ai due corpi di raggiungere l'equilibrio termico. Se tpotizziamo che durante un'interazione termica il calore non
possa né aumentare né diminuire, è possibile aflermare che:
la quantità di calore che durante uno scambio termico viene ceduta dal
corpo più caldo è uquale alla quantità di calore assorbita dal corpo più
freddo. ln altri termini, durante uno scambio termico il calore si conserva.
L'applicazione di tale principio permette di dedurre rigorosamente la formula
della temperatura di equilibrio raggiunta da corpi di diverso materiale e diversa
massa. Si puo inlatti dimostrare che:
!t.
rt'ì
dove C, =
*
C,f", r
C.V".,
(;+c,
*rrr,, Cz= m2cs2rappresentano
-
le capacità termiche dei due corpi.
I
x
Un corpo di feno (c, = 0,72 cat/g . "C) con una temperatura iniziate Ir = 400 oC e
una massa
2 kg è immerso in un recipiente contenente 4 kg di acqua a temperatura T, = 50 oC. Determiniamo [a temperatura di equilibrio e i[ calore scambiato
dai due corpi.
mf
*
T-
Appticando [a formula deLla temperatura di equiLibrio otteniamo:
(0,12
t_L
*
cal/g'"C)' (2 ' r03 g) . 400 oC + (1. cal/g.'C) . (4' 10, g) . 50 'C
(0,1,2 cal/g'"C)' (2' r03 g) + (1 cal/g."C) . (4 . 10'g)
96'103+ 200.103
oC
= 69,8
0,24' 1.03 + 4'1.03
I[caLore assorbito daLl'acqua (pari a quelto ceduto dal ferro) è:
Q
= crmr\Tr=
&d*ss* pre\r§
(1,
cal/g''C).
(4 . r03 g). (69,8
- 50) "C :
79 200 cal
t§.i
Un corpo di ferro con una temperatura iniziale Tr= 20O oC e una massa ,?rr = 1 kg è
immerso in un recipiente contenente 2 kg di acqua a temperatura Tr= 4 "C. Catcola
la temperatura di equilibrio e i[ calore ceduto dal corpo di feno.
{
t
!l calore e i passaggi di stato
e§ffi3&*
La varìazione di temperatura dì un corpo
":mpteta inserendo [e parole mancanti.
6.
l.
7. A parìtà di variazione dì temperatura, iI ca[ore
Fornendo cal.ore
di
a un corpo,
........... ............. che risu[ta ..........
assorbito da un corpo aumenta at crescere
det calore
proporzionate aI calore assorbito e ....................
un corpo sono inversamente
caLore specìfìco di una sostanza è [a
9.
di .................... necessaria per inna[zare di
I.a
l,
Per
determinare [a capacità termìca di un corpo sì può
"""""
itabitisei se [e afferimazioni §eguenti
ere (tf) o faise (Fi"
IL catore
specìfico dipende dalla massa del
Uf
dimezza.
" deI
i seguent'E Eɧ€§itf.
quantità
d'acqua pari a 10 kg, sottoposta
10. Una
§CIno
corpo.
La capacità termica di una sostanza dipende
dalta massa del
corpo.
"ua.
V
F
v f
12.
lonoscere le modalità con
:ui si verìfìcano i passaggi di
.tato, il concetto di Punto
'isso e di calore latente
. Fig.
3
Schema dei Passaggi
stato con le relative
calore pari a 55,8 ca[.
Un corpo, assorbendo una quantità dì catore pari
100 cat, subisce un aumento dì temperatura di
20 "C. Qua[ è [a capacità termica deI corpo?
a
latenti
Sappiamo chc una stessa sostanza può presentarsi in tre dir.ersi stati fisici: solido.
nq"ìao e aerilormc. Lzr somministrazione o la sottrazione di calore possono pro,,o.ur., oltre agli efletti già stucliati, il passaggio di stato, ossia la transizione di
una sostanza da uno stato fisico a un altro.
Ncuni cubetti di g^hiaccio posti in un contenitore e iasciati a temperatura ambiencandete si trasformano in u.qru ullo stato liquido; allo stesso modo, la cera di una
temperatura
a
riscaidato
l'acciaio,
Ia riscaldata opportunamentc Iònde e perfitro
molto ele'ata, diventa liquido. Se poi una ccrta quantità di acqrra viene riscaldata
fino a 0 oC si
oltre
denominazioni.
a
riscatdamento, aumenta [a propria temperatura di
40 "C. Quanto ca[ore ha assorbìto?
Ricava ì[ cal"ore specifico deI rame, sapendo che per
poter scaldare 10 g dì rame da una temperatura di
20 oC a una di 80 "C è necessario un assorbimento di
ffi eassaggi di stato e calori
rriIzr
"C e
npe-
F
Risotrtri
11.
di
proporzionati. U
temperatura di .................... di sostanza.
corpo .................... e il" ........... de[[a sostanza da cui è fatto'
,..1'SLì
F
Dìmezzando la massa d'i un corpo, [a capacità
termica si
calcotare ì1............................... tra La ...... '........'."
r'i':iiiirt)ll
w
specifìco.
8. II ca[ore e [a variazìone di temperatura di
proporziona[e a[a sua
l" II
vr
dipende daI catore assorbito.
esso sub'isce una
il
i 100'C
si traslorma in vapore. mentle se t'iene raflreddata
trasforma in ghiaccio solido'
Questi e tzrnti altri csempi ci portano a concluderc che uno stato fisico puo mutare in un altro al
variare della temperattlra e come conseguenza
deìlo scambio di caìore tra la sostanza e l'ambien-
riato
te circostatrte.
tkgè
ffi#J-H
H#,+ffi
atcota
F"i-.€1##l
brinamento
E
Le trasf'ormaziorri tra i vari stati fisici si chiamano passaggi di stato c sono schematizzate nella
Figura 3.
I risultati degli esperimenti mostrano che i cambiamclìti di stato sono causati dallo scambio di calore tra il corpo e l'ambiente esterno; in particolare.
una sostanza assorbe calorc durante il passaggio
c1a soliclo a liquido (fusione) e da liqtiido acl aeri1-orrre ',,vaporizzazione)' ccde calore clrrlante i
pas-sae.-i cli stato itn'crsi. la condensazione e la
solidificazione.
I
fenomeni termici e le leggi dei gas
Si osserva, inoltre, che i cambiamenti di stato di una sostanza pura a\I/engor
in corrispondenza di ben determinati rralori di temperatura, chiamati punti
si, caratteristici della sostanza considerata e che rimangono costanti per tutta "m
durata del processo. A esempio, l'acqua fonde a 0 oC e durante il processo J,l
fusione la temperatura non rraria.
em§*rw §m§wmt*
Durante i passaggi di stato, come si è detto, la ternperatura rirnane costante.
perché il calore erogato rriene utilizzato per modificare Io stato fisico del sistema.
Le quantità di calore assorbite da un kilogrammo di sostanza durante tali trasfoimazioni \/engono chiamate calori latenti
:
il calore latente è la quantità di caiore necessaria per produrre il
passaggio di stato completo di 1 kg di sostanza.
Si parla così di calore latente di fusione, in relazione al passaggio da solido .
liquido, di calore latente di evaporazione, in relazione al passaggio da liquidt
ad aeriforme. Così come i punti fissi, anche i calori latenti sono proprietà caratteristiche delle sostanze.La Tabella 2 riporta i calori latenti di fusione e di evaporazione e i corrispondenti punti fissi di alcune sostanze.
Fra il calore Qassorbito durante i passaggi di stato e la massa rz di una sostanzi
esiste una proporzionalità diretta. Pertanto, indicando con Q, il calore latente C
fusione di una determinata sostanza. si ha:
Q=Qr*
JIl!}f
Galori latentidifusione e dievaporazione (kca/kg) e corrispondenti
temperature (oG) a pressione atmosferica di alcune sostanz'e
Sostanza
Temperatura
di
fusione
Calore latente
di fusione
0
acqua
Temperatura
Calore tatente
di eboltizione di evaporazione
79,7
100
539
-1,15
25,0
7B
21,0
attuminio
660
77,0
2477
2520
arqent0
961
24,0
2212
565
azoto
-21,0
6,2
etere
-11,6
23,2
ferro
1.536
65,0
2450
-39
2,8
357
1063
16.1
2600
380
321
5,5
44
21,0
1083
50,0
2595
232
14,0
2270
mercur'ì0
0r0
pìombo
stagno
-19
17
6
1600
1
150
463
w Calcotiamo i[ calore necessario per far fondere completamente 4 kg di ghiaccio
che si trovano a una temperatura di O oC, sapendo che i[ calore [atente di fusione detl'acqua è79,7 cal/g.
*
*
Apptichiamo [a formuta: Q =
4
Sostituendo i vatori si ha:
= (79,7 cal/g) . (4.
Q
m
103
9) = 318,8 kcal
&dmss* Sr§\re tsr
Calcola i[ calore necessario per far bollire completamente 8 kg di acqua che si trovano atla temperatura di 100 "C.
t{}
s.
IÀ
-rmpteta inserendo [e parole mancanti.
di
i.
Per
o
2.
Il
effettuare un passaggio dì stato è sufficjente fornire
sottrarre
.......... a una sostanza.
calore latente dì evaporazione è [a quantità di
.. che bisogna fornire
re1-
a
....'
.""'.""" ""'
di
sostanza per farla passare da|"[o stato
aLto
stato
--if-
3. It
per far[a
ido
:te-
ra:tza
:di
rte
one
i[
corpo.
6.
Al"La
temperatura di 300 K l'acqua si trova
atlo stato tiquido.
7. Tutti i l.ìquìdi botlono a 100
oC.
8. It catore latente di evaporazione è uguale
per tutte [e sostanze.
9. La temperatura dì ebottìzione dì una sostanza
V
VF
VF
VF
V
F
V
F
Risotvi i seguenti quesiti.
10. Calcota iI calore necessario per far evaporare
comptetamente 200 g di acqua che si trova gìà atla
temperatura di ebollizione. Per rispondere consutta [a
Stabitisci se [e affermazioni seguenti sono
.ere (V) o fal.se (F).
4. Durante ì cambiamenti di stato iI catore
scambiato daI corpo è direttamente proporziona[e
atta variazione dì temperatura che subisce
Durante i cambiamenti di stato [e sostanze
assorbono catore.
dipende dal.la sua massa.
catore [atente di fusione è ia ...............
di .................... che bisogna fornjre a ............. di sostanza
cra
5.
Tabetla 2.
11. Quanto catore è necessario per fare evaporare
completamente 50 g di alcot che si trova gìà alLa
temperatura di ebottizione? Per rìspondere consulta
F
la Tabetla 2.
4 tu trasmissione del calore
lonoscere i diversi
ireccanismi di trasferimento
lel calore
Abbiamo visto che il calore si trasferisce spontaneamente da un corpo più caldo
a uno più freddo. Il trasferimento) o propagazione, del calore può ar,venire in tre
modi diversi, che dipendono soprattutto dallo stato fisico della materia:
o conduzione;
o convezione;
o irraggiarnento.
La conduzione riguarda soprattutto i solidi, la convezione, int ece, interessa i fluidi (liquidi o aeriformi). Inoltre, mentre la conduzione e la convezione si realizzano
per contatto diretto, l'irraggiamento propaga il calore anche nel vuoto.
La emrxd&*x&e§te
Se riscaldiamo alla fiamma di una fornace l'estremità di un oggetto metallico,
per esempio un'asta, noteremo che in poco tempo il riscaldamento interesserà
anche il resto dell'asta. Il calore assorbito dalla parte esposta alla fiamma si trasferisce, dunque, all'altra estremità dell'oggetto attraversando tutto il corpo in
poco tempo.
Osserviarno che nel fenomeno descritto non si verifica alcun trasferimento di
materia: le particelle dell'asta metallica, infatti, rimangono tutte al loro posto. Cio
che si trasferisce è soltanto calore, rrale a dire i'energia termica che il corpo assorbe dalla fiamma.
Qyesto è un esempio di trasmissione del calore per conduzione. Generalizzando,
possiamo aflermare che:
la conduzione termica è il trasferimento di calore tra corpi
a contatto, o all'interno di uno stesso corpo, che si verifica senza
trasferimento di materia.
s
I
fenomeni termici e le leggi dei gas
Lm e*mw#x§srsffi
Nei liquidi e nei gas il calore può essere trasferito attraverso un flusso di materi
chiamato corrente convettiva. Sia i liquidi sia i gas, infatti, sono pessimi cc
duttori di calore e per consentirne il passaggio sono costretti a trasferire materi.oLa convezione è il trasferimento di calore che si verifica grazie
al trasferimento di materia.
Attraverso questo sistema di trasporto possiamo spiegarci come mai il calore e
so da un radiatore termico puo propagarsi da una parete all'altra di una stanza.
Quando, infatti, una massa d'aria viene scaldata il suo volume aumenta e.
conseguenza, la sua densità diminuisce, per cui essa tende a galleggiare rispen
all'aria piu fredda che la circonda.
In tal modo si forma una vera e propria corrente ascensionale d'aria calda me
densa in contrapposizione a una corrente di aria che, essendo più fredda e
densa, tende a muovere verso il basso.
Le correnti convettive giocano un ruolo importante per iI clima. I venti, infa
non sono altro che enormi correnti convettive che consentono a grandi mas
d'aria di spostarsi da zone calde verso zone più lredde e viceversa (Fig. a).
terra calda
lFig.4
f
@
n [l L ] [,]
trilg
La brezza si forma
grazie alla convezione che sposta
masse d'aria (più dense) dal mare
verso la terra.
mare freddo
fenomeno della convezione nei liquidi ci permette di comprendere come maj
l'intera massa d'acqua contenuta in una pentola riesce a bollire nonostante il calore venga trasmesso soltanto alla parte più bassa.
La con",ezione, inoltre, è il principio sul quale È
,,/\
basato il funzionamento dei termosifoni utiliz\
zati negli impianti di riscaldamento per usc
\
abitativo.
\
Come si vede dalla Figura 5, Ia caldaia
è posta nel punto più basso dell'impianto in maniera che I'acqua più
calda tenderà spontaneamente a
spostarsi verso Ie zone più alte, mentre quella più fredda ritornerà a fluire verso la caldaia per essere nuova[1
mente riscaldata.
termosifone
I
Fig. 5 È la convezione che fa circolare
I'acqua dalla caldaia verso i termosifoni e
viceversa.
§
q^ssE§€# l-itt
caaore e
a
passaggi di stato
#§nx'mg6§mmmmt*
L'irraguiamento è il terzo modo di propagazione del calore. Per mezzo di questo
fenomeno si può spiegare ccime i ragui solari riescono a scaldare Ia superficie terrestre attraversando milioni di kilometri di spazio praticamente vuoto. II calore,
infatti, in assetrza di materia non potrebbe esscre trasmesso né per conduzione né
per convezione.
Pertanto:
i'§m'nmqryEmmeffits
csftsiste ne§le trasrnissione di ealore che si verifica
e[ìe hB in assemxa e{i m-ratcnia.
Una zona assolata è molto più calda di una zona d'ombra, così come la notte è
molto più fiedda rispetto al giorno. Buio e ombra non sono altro che zone prir.e di
irrageiirmento.
[*mpÈeta f*s*re:ld* [* par*{*
1. II ca[ore può propagarsi per
Assscta e qiascurl *r*ee*r*icffitq3 dt tr*srfiissi*§Ìe
*§*[ ca{*re uma d*[àe fr*sÉ *É.*stcate s destra"
ÉEaE}eeffitÉ.
...........
6. conduzione
7.
La convezione è
........
n
3.
ei
.
i[
meccanismo mediante
i[
si propaga nei ....................................
e
si ha trasferimento di .. ............
.
deI calore che si
verifica anche in assenza dì ..................
dett'acqua atta fiamma dì un fornetto
catore si propaga per .............
..
l
i
U.
8. irraggiamento i_l
9.
c. è ritevante nei sotidi
§* t* §esxsereÈi aff*rrnexi**i 5*§Ì*
fatse {F}.
e-r
Nei Liquidi iI ca[ore può propagarsi so[o
per
conduzione.
10. Nei soLidi it calore si propaga per conduzione.
11. uirraggiamento può avvenire solo nel vuoto.
12. NeLia conduzione si trasferisce ca[ore ma
anche
iI
ri verifica anche in assenza di
materia
v*re iV)
senza trasferimento di ....................
5. Riscaldando
convezione
§ta§*É['lse§
4. L'irraggiamento è [a propagazione
a. si verifica grazie a[
quate iI
... . .. . ... . .. ..
NeLta conduzione
l
trasferimento di materia
e ..............................
2.
i
13.
materia.
La conduzjone può
awenire anche nel vuoto.
V
u
S
Èr
Vf
1,t
Èr
v
fl
il
I fenomeni
ffiw
w&wwwdwww
fffus c*s'&
§ «,wwxww*ffi
termiei e le leggi dei gas
WMwu«#Wffi
{§ cm*erre?
II catore è queLta forma dì energia
(energia
termica) che può essere trasferita da un corpo
a
un altro in virtù delta differenza di temperatura
esistente tra i due corpi e di conseguenza rappresenta [a causa dette varjazioni di temperatura
che essi subiscono. La sua unità di misura ne[ SI
è iI jouLe, ossia [unità di misura dett'energia. NeL
sistema pratico si usa [a caloria. Va[e [a seguente
relazione di conversione: 1 cal = 4,1.86 J.
S,r***{ § r}e ** re{wx§*xn§ qt*em*§tat&w*
*r* c*{*r* e t*mp*rattxrm?
Ciascuna sostanza assorbe e cede catore in funzione della massa e detla differenza di temperatura,
come espresso dalla retazione Q = c,m (7, - Tr).
Tate retazione esprime [a [egge della calorimetria. La costante di proporzionatità c, presente
ne[La retazione è chiamata catore specifico detLa sostanza. TaLe proprietà caratteristica indica [a
quantità di catore che occorre per aumentare di
1 'C [a temperatura di 1 g di quetla sostanza.
*&e s*s* §s{?s * pmxs*qry§ dé s.*mt* § **ffi}e
s* v*r$ɧ**st ?
Un altro fenomeno che si riscontra neL[a materia
per effetto deLl.o scambio di cal.ore è iL passaggio
di stato, cioè [a trasformazione da uno stato fisìco a un attro. I passaggi di stato si distinguono
in: fusione (da sotìdo a liquido); solidificazione
(da Liquido a sotido); vaporizzazione (da tiquido
ad aeriforme); condensazione (da aeriforme a
Liquido); subtimazione (da solido ad aeriforme)
e brinamento (da aeriforme a soLido). Durante il
passaggio di stato [a temperatura detta sostanza rimane costante e iI caLore scambiato viene
utitizzato per modificare [a struttura interna del
corp0.
tr*xfer§rx$
*m r"xrx **rp# e {*e e**r*?
{ar
*he
La modalità con [a quale
i-
è una forma
§{
#e**.re
iI calore si trasferisce
da un corpo più caldo a uno più freddo è detta trasmissione di calore. Essa può avvenire:
per conduzione, quando iL catore si trasferisce
per contatto diretto ma senza trasferimento di
materia (soprattutto nei sotidi); per convezione, quando iI ca[ore viene trasferito per contatto diretto e grazie aI trasferimento di materia
(nei ftuidi); per irraggiamento, quando non
si ha atcun contatto diretto o trasferimento di
materia tra i corpi e [a propagazìone del catore
si ha anche ne[ vuoto.
Completa [a mappa.
r*--***-*l
sv§,e*e pex&
di
..."; ,,',,:'rl
§
si misura in
può trasmettersi per
ll calore e i passaggi di stato
FeB*ffiBs m§x*mvm
Associa [a parota chiave a[[a definizione inserendo netla casetta la lettera corrispondente.
7. E
2. E
a. ca[ore
b. calore specifico
3. E
c. capacità termica
d.
punti fissi
temperature in corrispondenza detl.e quati si verificano
saggi di stato
i pas-
stabiLìsce [a relazione tra ca[ore e variazjone di temperatura
di un corpo
4. E proprietà caratteristica di tìpo termico di una sostanza
5. I rapporto tra calore assorbito e variazione di temperatura
e. catore [atente
di
un corpo
f. legge detta catorimetria
g. passaggio
si verifica per contatto termico e senza trasferimento di materia
6. Eftrso di energia termica tra due corpi
7. Equantità di calore caratteristica di un sostanza retativa ai
di stato
cambiamenti di stato
h. conduzione
8. Esi
i. convezione
verifica per assorbimento o cessione di calore di
una
sostanza ma non comporta variazione dì temperatura
9. E
10. E
j. irraggiamento
si verifica per contatto termico e con trasferimento di materia
prò avvenire anche attrave
smFlE*e
#*=IÉq*-99=
t* q--§5 Èa"Jr :;P&* ril§; G a§EE§;;
1
Ctre cos'è
2
Quati sono [e relazioni tra calore e temperatura?
3
Perché è sbagtiato affermare che
gono calore?
i[
75
calore?
i
La propagazione per irraggiamento avviene:
E p.t effetto dette correnti convettive
E ,.r mezzo di fl.ussi di iiquidì
E ,.r contatto tra corpi che si trovano a temperature
corpi conten-
diverse
E ,.r mezzo di radiazioni nel vuoto
4 In quati condizioni tra due corpi si instaura un
t6
flusso di calore?
Associa atte seguenti grandezze [e rispettive unità
5 Quat è l'unità di misura del calore?
6 Ctre cos'è i[ calore specifico?
di misura
7
Ctre cos'è [a capacità termica?
3. capacità termica
8
Quati grandezze compaiono nel['equazione fondamentale detla calorimetria? E che tipo di relazio-
2. catore latente
4. calore
ne intercorre tra esse?
9
10
I
I
I
I
1. ca[ore specifico
Ctre cosa
a.
b. caLl'C
c. cal./(s "C)
d. catls
77 ta capacità termica di un corpo
@ aat calore fornito a[ corpo
I
significa che iI calore si conserva?
cal.
dipende:
aatU sostanza di cui è fatto it corpo e datta sua masSA
Oa quali grandezze dipende la temperatura di
equilibrio di due corpi di diverso materiale?
11
Quati sono
12
Ouat è ta differenza
13
Ctre cosa sono [e
i meccanismi di propagazione del catore?
tra conduzione e convezione?
correnti convettive?
74 tn che modo i[ calore può propagarsi
vuoto?
attraverso
il
18
§
aatta variazione di temperatura del corpo
@
Uatta sostanza
di cui è fatto i[ corpo
Mescotiamo 0,5 litri di alcol a 20 oC con 3 titri di
acqua a 80 "C; [a temperatura di equilibrio è:
@
minore di 20'C
I
p
ugual.e a 20
@
maggiore di
oC
maggiore di 20 'C e minore di 80 "C
80'C
n
,
Unità Z
79 Durante i[ passaggio di stato di una sostanza pura:
28
Un corpo, assorbendo una quantità di calore
a 2,4 kcal", subisce un aumento di temperatura
72 "C. Dato che [a sua massa è di 4 kg, qual è
suo calore specifico?
29
Fornendo 300 kcat a 10 kg d'acqua, [a sua
ra sate a 50 'C. Qua[ era [a sua temperatura iniziah?
@ [a temperatura aumenta sempre
@ temperatura si mantiene costante
l"a
p
non è necessario fornire o sottrarre calore atla
sostanza
@
La temperatura aumenta durante
sce durante [a condensazione
l"a
fusione, dimìnui-
30 Immagina di riscatdare 250 g di ghiaccio e di
a[ fenomeno detta conduzione
gistrare i vatori di temperatura ogni due minuti
mezzo.I risultati ottenuti sono quelli raccolti
a[ fenomeno de[[irraggiamento
tabetta.
2A It Sote riscatda [a Terra grazie:
§
§
p
a[ fenomeno detla convezione
@ aL fenomeno delta ditatazione termica
27 lt catore latente di fusione di una sostanza
Dati relativi alla curva di riscaldamento a
oG
dal ghiaccio a -20
è ta
quantità di calore:
p
§
I?
sostanza
7,5
necessarìa per mantenere atlo stato liquìdo 1 kg di
§
dipende dal calore fornito a[ corpo
aipende da[[a sostanza dì cui è fatto iL corpo e datta
sua massa
§
@
dìpende datla variazione di temperatura del corpo
dìpende dalta sostanza di cui è fatto ì[ corpo
Temperatura ("C)
-20
0
ttcatore specifico di un corPo:
@
Tempo (min)
necessarìa a portare [a sostanza a[ punto di fusione
necessaria per far sotidificare [a sostanza
ne..ttatia per [a fusione di un'unità di massa detta
sostanza
22
llcaloreeiPassassidi
2,5
0
0
10
]U
20
1.2,5
30
15
40
17,5
50
20
60
22,5
lv
25
80
27
,5
90
30
100
32,5
100
35
100
23 A quanti joute corrispondono 72 cal?
37,5
100
24 A quante calorie corrispondono 25 J?
40
100
25 Quante calorie occorrono per riscaldare di 12,5 'C
una massa d'acqua di 5 kg?
42,5
100
45
100
47,5
100
50
1,20
52,5
1"40
55
160
ffik§§&e;tu
26 A un corpo con catore specifico akJ/kg'K vengono forniti 600 kJ di catore e [a sua temperatura
aumenta di 40 'C. Determina [a massa del corpo'
27 Due uguali quantità di acqua, con massa di 10 kg,
e con temperature iniziati rispettivamente uguati
oC, vengono miscetate. Catcola:
a 20 oC e 100
a. [a temperatura di equìtibrìo delta misceta;
b. iI catore ceduto datta massa ca[da;
c. iI calore assorbito dalta massa fredda.
a. Su carta mittimetrata dìsegna ì[ grafico ottenuto riportando in ascissa ì[ tempo e in ordinata [e re[ative temperature;
b. evidenzia su[ grafico i[ punto di fusione del ghìaccio
iI punto di ebottizione delfacqua.
e