Il calore (energia termica)
Q = ΔK =ΔU
Definizione: il calore è energia in transito, che passa spontaneamente dal corpo a temperatura maggiore (caldo) al corpo
a temperatura inferiore (freddo)
Il passaggio di energia dura finchè i corpi a “contatto” raggiungono lo stesso stato termico, cioè la stessa temperatura
detta temperatura di equilibrio.
La temperatura di equilibrio sarà inferiore a quella iniziale per il corpo caldo, che si è raffreddato e sarà superiore per il
corpo freddo che si è riscaldato.
Si misura in Joule.
Oppure in calora: 1 caloria è la quantità di energia (calore) che occorre fornire ad 1 g di sostanza (unità di massa) per
variare la sua temperatura da 14,5 °C a 15,5 °C.
1 cal = 4,186 J
Equazione dimensionale del calore:………………………………………………..
scambio di calore con una variazione di temperatura
(legge del calore specifico)
scambio di calore senza variazione di temperatura.
(legge del cambiamento di stato e del calore latente)
Il calore specifico è una costante tipica del materiale
Il calore latente è una costante tipica del materiale
Il calore specifico è la quantità di calore necessaria a far
variare la temperatura di 1 kg di sostanza di 1 °K o 1 °C
Il calore latente è la quantità di calore necessaria al
cambiamento di stato dell'unità di massa.
Durante i passaggi di stato
(fusione/solidificazione,evaporazione/ebollizione/liquefazi
one/sublimazione) pur fornendo/sottraendo calore la
temperatura non varia finchè tutta la massa non ha
cambiato stato.
Il calore ceduto od assorbito da un corpo è
Il calore ceduto od assorbito durante il passaggio di stato è
direttamente proporzionale alla sua massa in kg
direttamente proporzionale alla sua variazione di
direttamente proporzionale alla massa
temperatura (Te – Ti) espressa in °C od in K, mai
in Fahereneith
il coefficiente di proporzionalità è il calore latente
il coefficiente di proporzionalità è il calore specifica cs
Q = m ∙L latente.
Q = m∙cs∙(Te-Ti)
Se il corpo cede calore si raffredda, quindi Te<Ti:
il calore ceduto è negativo
Se il corpo acquista calore si riscalda, quindi Te>Ti: il
calore acquistato è positivo
Equazione fondamentale della calorimetria:
1)
+ Q assorbito da uno o più corpi = - Q ceduto da uno o più corpi
Qa1+Qa2 = - Qc3- Qc4
( il meno indica calore ceduto, perso)
2) il calore netto è nullo
+
Dal calore specifico alla capacità termica:
Capacità termica: quantità di calore necessaria a far variare la temperatura del corpo
Ct = m∙cs
Così
Q = Ct ∙(Te-Ti)
Esercizio:
5 litri di ghiaccio a -10 °C. quanto calore occorre perché tutta l’acqua bolla?
=0
Modi di propagazione del calore.
conduzione
convezione
irraggiamento
È l’unico vero modo
Tipica dei solidi
Tipica dei fluidi (liquidi e aeriformi)
Di tutti i corpi
Necessita della materia
non avviene nel vuoto
Necessita della materia
non avviene nel vuoto
Avviene per irraggiamento anche nel
vuoto, senza materia
Legge di Fourier::
Q=-
Legge di Newton:
Q=
Legge di Stefan – Boltzmann del
corpo nero
(T2-T1) ∙S ∙t
E emessa =
h = coefficiente di
conducibilità termica,
dipende dalle proprietà
fisiche
S area
T1, T2: temperature
t : tempo
d: distanza
T4
l: coefficiente di conduttività
termica
T in Kelvin
S area
= 5,68 10-4 W/(m2K4): costante di
T1, T2: temperature
Stean
t : tempo
Legge di Stefan – Boltzmann di un
corpo qualsiasi
E emessa =
T4
Potere assorbente
a=
Potere riflettente
r=
r+a=1
Legge di Wien dello spostamento
Temperatura assoluta e lunghezza
d’onda sono inversamente
proporzionali
Non c’è trasferimento di materia.
C’è trasferimento di materia
Se si riscalda un’estremità di una
sbarra, il calore si trasferisce
rapidamente verso l'altra estremità
fino al raggiungimento dell’equilibrio
termico, vale a dire, fino a quando la
temperatura della sbarra è uniforme
Quando una sostanza liquida o
gassosa viene riscaldata succede che
Il trasferimento di calore avviene
grazie al moto degli elettroni che,
si urtano tra loro
la parte di sostanza più vicina alla
sorgente di calore diventa meno densa
(più leggera) e, quindi sale verso
l’alto,
la parte più fredda risulta più densa e
quindi più pesante, e scende verso il
basso.
Il trasferimento di calore per
irraggiamento è
un fenomeno
elettromagnetico (spettro IR)
non richiede il contatto
diretto tra i corpi
può avvenire anche nel
vuoto.
ogni corpo emette radiazioni
elettromagnetiche che dipendono dalla
temperatura.
urtano contro le molecole del Questo movimento è dovuto alla
differenza della temperatura nel fluido
reticolo cristallino
Inoltre ogni corpo è in grado di
(gradiente di temperatura)
assorbire le radiazioni che emette..
e così trasferiscono energia da un
Nel caso in cui le differenze di
punto all’altro del corpo..
temperatura all’interno del fluido
siano elevate, il moto convettivo
diventa turbolento
In genere i buoni conduttori termici sono
anche buoni conduttori elettrici
