Calore - Le caratteristiche e i concetti

La capacità termica è una grandezza unitaria che misura la quantità d'energia necessaria per unita di aumento di T di un corpo. Essa misura l'inerzia termica di un corpo, ovvero la difficoltà ad essere riscaldato. Non tutti i corpi assorbendo la stessa quantità d'energia (tramite calore o lavoro) compiono lo stesso salto termico, ovvero aumentano dello stesso valore la propria temperatura. La capacità termica è il rapporto tra la quantità d'energia assorbita da un corpo e il corrispondente aumento di temperatura in tale corpo, è numericamente uguale alla quantità d'energia necessaria per aumentare di 1K la temperatura di 1 corpo.

Calore specifico

La capacità termica perciò dipende dalla massa e dalle proprietà della sostanza che costituisce il corpo (calore specifico), essa è direttamente proporzionale alla massa e al calore specifico che è la quantità d'energia necessaria per aumentare di 1 k la temperatura di 1 kg di sostanza.
L'alto calore specifico dell'acqua è la causa del clima temperato nelle regioni costiere, infatti, l'acqua del mare assorbe nella stagione estiva una grande quantità di calore senza far salire eccessivamente la temperatura esterna, lo cede nella stagione invernale senza abbassare troppo la temperatura esterna. In edifici che hanno una grande capacità termica la temperatura è più gradevole quando fuori è freddo o caldo: assorbe una grande quantità d'energia dal sole senza innalzare troppo la sua temperatura interna, nelle giornate fredde cede calore senza abbassare troppo la temperatura.

Relazione fondamentale della calorimetria

La relazione fondamentale della calorimetria permette di conoscere la quantità d'energia assorbita o ceduta da un corpo di massa m quando la sua temperatura sale o si abbassa di una quantità delta T. Si basa sulla definizione di capacità termica. Quest'energia può essere scambiata mediante un flusso di calore, quindi possiamo sostituire Q ad E. Essendo c ed m due valori positivi, il segno di Q o E dipende dal valore di t. Se la variazione di temperatura è negativa l'energia o il calore sono stati ceduti dal corpo e hanno segno negativo. Se la variazione di temperatura è positiva allora l'energia o il calore sono stati acquistati dal corpo.

Caloria

La caloria fu utilizzata per molto tempo come unità di misura del calore, finché Joule nel 1850 sancì l'equivalenza tra caloria e lavoro e l'unità di misura di quest'ultimo sostituì la caloria. Essa è la quantità d'energia necessaria per aumentare la temperatura di 1 g d'acqua distillata da 14,5° a 15,5° alla pressione atmosferica costante. E' stato scelto questo intervallo perché il valore del calore specifico dell'acqua come quello di altre sostanza varia al variare della temperatura e l'intervallo tra 14,5 e 15,5 costituisce il valore medio nel grafico (cal. spec-temp)

Calorimetro

Il calorimetro è un contenitore isolato e leggero che impedisce scambi di calore con l'esterno. Esso è utilizzato per misurare il calore specifico di qualsiasi altra sostanza immersa all'interno dell'acqua in esso contenuta. Grazie al valore del calore specifico dell'acqua noto grazie all'esperimento di Joule, al principio dell'equilibrio termico e alla relazione fondamentale della calorimetria dimostrata da Black si riesce a calcolare il calore specifico di una sostanza. Questo esperimento fu ideato dal fisico chimico francese Regnault (1810-1878). La prima cosa da fare è aspettare che i due corpi raggiungano l'equilibrio e calcolare il calore assorbito dall'acqua e ceduto dall'altro oggetto. Dato che la somma di queste quantità deve essere uguale a zero, perché il calorimetro ideale non permette scambi di calore con l'esterno è possibile ricavare un'equazione di primo grado nell'incognita c2. Volendo si può calcolare anche la temperatura d'equilibrio, avendo noti i calori specifici.