Daniele di Daniele
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Per comprendere il concetto di equilibrio termico, bisogna spiegare introdurre brevemente il concetto di temperatura.

La temperatura è la proprietà che regola il trasferimento di energia termica o calore, tra un corpo e l'altro.

Se mettiamo in condizione due corpi o sistemi di scambiare calore, in qualsiasi forma (conduzione, convezione o irraggiamento), essi daranno luogo a uno scambio di calore solo se si trovano a temperature diverse. Questo è stabilito dal cosiddetto principio zero della termodinamica.

Quando esiste una differenza di temperatura, infatti, il calore tenderà a muoversi dal sistema a temperatura più alta verso il sistema che diremo a temperatura più bassa, fino al raggiungimento dell'equilibrio termico.

All'equilibrio termico i corpi smetteranno di scambiarsi calore e in tale circostanza la temperatura è uguale.

E' un po' come il principio dei vasi comunicanti: se mettiamo in comunicazione due vasi in cui il livello dell'acqua è differente, essi raggiungeranno all'equilibrio lo stesso livello, indipendentemente dalla forma e quindi dal volume di acqua che si è spostato da un vaso all'altro. In questa analogia, la misura della temperatura è equivalente al livello, mentre il flusso d'acqua che si muove da un vaso all'altro è equivalente al calore.

Uno dei classici esercizi di fisica richiede proprio di calcolare la temperatura di equilibrio di due corpi che si scambiano calore. Ricordando che il calore scambiato da un corpo è uguale:

[math]Q=m\ c\ \Delta t[/math]

Dove
[math]Q [/math]
è la quantità di calore, espressa in calorie o joule
[math]m [/math]
è la massa del corpo espressa in kilogrammi
[math]c [/math]
è il calore specifico del corpo espresso in maniera coerente all'unità di misura del calore [cal/kg K o J/kg K]
[math]\Delta t= T_f - T_i [/math]
è la differenza di temperatura del corpo finale meno iniziale, quindi se la temperatura aumenta il corpo ha assorbito calore. Altrimenti se la temperatura diminuisce il corpo ha ceduto calore.

Ricordando che la temperatura finale è quella di equilibrio ed uguagliando le due quantità di calore, ad esempio si può ottenere il valore della temperatura di equilibrio se avviene uno scambio di calore tra un corpo A a temperatura TA e un corpo B a temperatura TB, con TB>TA.

[math]Q_a+Q_b=0[/math]

[math]m_a\ c_a\ (T_eq - TA) + m_b\ c_b\ (T_eq - TB)=0[/math]

[math]T_eq= {(m_a\ c_a TA + m_b\ c_b\ TB) \over (m_a\ c_a + m_b\ c_b)}[/math]

Nel caso in cui uno dei due corpi attraversi anche un passaggio di stato, bisogna ricordarsi di mettere nel calore ceduto/assorbito, il calore latente legato al cambiamento di stato.

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