Calore

Nome file g:\scuola\corso fisica\4\termodinamica\2.calore.doc
Creato il 27/11/2002 17.48.00
Elaborato il 28/10/2010 alle ore 18.43.31, salvato il 20/12/02 9.40
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stampato il 28/10/2010 18.43.00
Andrea Zucchini
Web: http://digilander.iol.it/profzucchini
Termodinamica
I periodo
Carnot
introduce lo studio delle macchine
1796-1832
termiche e le schematizza nel ciclo di
Carnot
Joule
1818-1889
Equivalente meccanico della caloria
1824-1907
Padre della termodinamica
1822-1888
Teoria cinetica dei gas
1844-1906
Studi sull’entropia
Watt
1736-1819
Diagrammi di stato
Clapeyron
1799-1864
(piano V-p)
Thomson-Lord
II periodo
Kelvin
GottliebClausius
III periodo
Boltzman
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Calore
Non tutti i materiali che si trovano alla stessa temperatura hanno lo stesso contenuto di calore:
Esperimento di Black:
Si considerano due masse m di mercurio, una a 100°C e l’altra a 150°C; la
loro miscela si troverà a 125°C
Se però si miscelano due masse eguali di acqua e di mercurio, la prima a
100°C e la seconda e 150°C la temperatura raggiunta dalla miscela sarà
120°C, non 125°C !
(N.B. il testo usa queste temperature ma sarebbe più opportuno riferirsi a
temperature più basse, non vorrei essere vicino alla miscela acqua-mercurio !
l’acqua bolle a 100°C, cosa fa la miscela H 2 O  Hg ? Mi aspetterei effetti
“leggermente” esplosivi)
L’esperimento mette in luce la differenza fra i concetti di temperatura e
calore (o calorico come dicevano all’epoca)
La temperatura non è “scambiata” tra le diverse masse miscelate, ma qualcosa di legato alle temperature e alla
quantità di materia viene scambiata fra le due masse a temperature differenti.
Nella miscela H 2 O  Hg l’acqua “guadagna” 20°C mentre il mercurio ne perde 30°C.
Se il calore che si scambiano è uguale cio signiica che lo stesso calore ha effetti differenti su materiali
differenti, in particolare il mercurio avrà calore specifico inferiore rispetto a quello dell’acqua c sHg  c sH 2O
A partità di massa e temperatura il contenuto di calore dipende dal tipo di materiale, parleremo allora di
capacità termica C come della quantità di calore necessario per inalzare di un grado Celsius la temperatura di un
oggetto.
Per svincolarsi dalla massa dell’oggetto e visto che è il materiale che determina la tendenza ad immagazzinare
calore si considera il calore specifico c s 
C
definito come la quantità di calore necessaria per unità di massa,
m
per inalzare la temperatura di un corpo di un °Celsius.
Avremo allora le relazioni Q  Ct e Q  mcs t essendo C  mcs
Con queste notazioni avremo per lo scambio calorico fra acqua e mercurio
QHg  mcsHg t Hg
QH 2O  mcsH 2O t H 2O
e dovendo essere QHg  QH 2O si avrà mcsH 2O t H 2O  mcsHg t Hg da cui csH 2O t H 2O  csHg t Hg ed infine
c sHg
c sH 2O

t H 2O
t Hg
ma dai dati sappiamo che
c sHg
c sH 2O

t H 2O
t Hg

csHg
20
e quindi
 1 da cui infine csHg  csH 2O
30
csH 2O
Gli studi di Joule portarono alla comprensione del rapporto fra calore e lavoro (e conseguentemente energia).
Il mulinello di Joule fu utilizzato proprio per indagare questo rapporto.
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Lo scopo dell’esperimento era confrontare quantità certe di lavoro fornite attraverso la discesa delle masse in
rapporto alle variazioni di temperatura indotte dall’attrito del mulinello con l’acqua contenuta nel cilindro
centrale.
L’esito dell’esperimento portò alla determinazione della costanza del rapporto
joule
L
 J  4.185
caloria
Q
La definizione di caloria era viziata dal fatto che il calore specifico dipende dalla pressione e dalla temperatura
a cui si trova il corpo.
Per eliminare l’ambiguità si è definita la caloria per un materiale, una massa e una temperatura particolari:
1 caloria è la quantità di calore da fornire ad un grammo di acqua
distillata a pressione di una atmosfera per inalzare la sua temepratura da
14.5°C a15.5°C
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