Calore, calori specifici, calore latente.
Sul libro: cap.9-11.
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Per un corpo si può parlare non solo della sua energia cinetica o della sua energia potenziale, ma anche della sua
energia interna.
Energia interna: somma dell’energia di tutte le particelle microscopiche (cinetica, potenziale, …).
In un gas perfetto, essendo trascurabili le interazioni tra le particelle, l’energia interna dipende soltanto dalla
temperatura (energia cinetica).
Calore: trasferimento di energia a causa di una differenza di temperatura.
Fino alla metà del 1800 esisteva la convinzione, ormai superata, che esistesse una sostanza, il “calorico”, che fluiva da
un corpo all’altro.
Il calore non è invece una sostanza materiale, ma soltanto energia in transito. Ha senso parlare di calore soltanto
durante una trasformazione.
Non è quindi una funzione di stato (così come non lo è il lavoro) e non ha senso parlare del “calore di un corpo”.
James Prescott Joule (intorno al 1850): equivalenza tra lavoro e calore. L’energia potenziale si trasforma in energia
interna (aumento di temperatura).
La caduta del peso mette in rotazione un
mulinello all’interno del liquido.
La conseguenza, è un aumento di
temperatura.
Lavoro: trasferimento di energia “ordinato.”
Calore: trasferimento di energia “disordinato”.
Possono avere effetti indistinguibili:
Non si può sapere se l’energia interna del
gas è aumentata perché il gas è stato
compresso (lavoro) o è stato scaldato
(calore).
Essendo un’energia il calore si misura, nel Sistema Internazionale, in Joule. Si usa anche un’unità di misura alternativa,
la caloria.
1 caloria (cal) = 4,187 J
E’ l’energia che serve ad alzare di 1⁰C la temperatura di un grammo d’acqua.
Meccanismi di trasferimento del calore: conduzione, convezione, radiazione (vedere sul libro a pag.343-347).
Normalmente, il calore che viene trasferito verso un corpo ne provoca un aumento di temperatura.
La stessa quantità di calore non provoca lo stesso aumento di temperatura in tutti i corpi.
Calore specifico: c =
Q
M ⋅ ∆T
E’ la quantità di calore da fornire all’unità di massa per farne aumentare la temperatura di un grado.
c=
Q
→ Q = c ⋅ M ⋅ ∆T
M ⋅ ∆T
Il calore specifico cambia da sostanza a sostanza.
La capacità termica di un corpo è uguale al prodotto della sua massa per il calore specifico.
C = c⋅M
C=
E’ il calore da fornire al corpo per farne aumentare la temperatura di un grado.
Q
→ Q = C ⋅ ∆T
∆T
Esercizi: 7-8-9 pag.355
Cambiamenti di stato e calori latenti.
La fase a cui si trova una sostanza dipende sia dalla temperatura che dalla pressione.
Qui sotto il “diagramma delle fasi” per l’acqua.
Sul libro a pag-402-405 c’è la tabella con le temperature di fusione ed ebollizione a pressione atmosferica.
Durante un cambiamento di fase c’è una riorganizzazione della struttura interna della sostanza, a cui corrisponde un
cambiamento dell’energia interna.
Cambi di stato nella direzione solido→liquido→gas necessitano di energia ulteriore durante la transizione. Questa
energia non si trasforma in aumento della temperatura ma è necessaria per “rompere i legami” tra le particelle.
Vicecersa, cambi di stato nella direzione gas→liquido→solido liberano energia.
Si chiama calore latente (di fusione, di vaporizzazione, ecc.) la quantità di energia necessaria per far cambiare fase a
1kg di sostanza.
E = L⋅M
dove E è l’energia necessaria al cambiamento di fase, L il calore latente e M la massa del corpo.
I calori latenti dipendono dalla sostanza considerata (si trovano sul libro a pag.402-405). Tenere presente che i calori
latenti di fusione e vaporizzazione sono positivi (è necessario fornire energia), i calori latenti di solidificazione e
condensazione hanno lo stesso valore ma segno opposto (viene liberata energia).
Esercizi: pag.416 2-7-14-17; pag.422 1-2.
Vapore saturo ed ebollizione: sul libro pag.407-408.
