Concetti Chiave
- Il riscaldamento di un corpo può avvenire attraverso il calore di un corpo più caldo o tramite il lavoro di una forza.
- Quando si utilizza un trapano, la punta si riscalda per il lavoro elettrico, non per passaggio di calore.
- L'esperimento di Joule misura il lavoro necessario per aumentare di 1 K la temperatura di 1 Kg di acqua.
- Il mulinello a palette utilizzato nell'esperimento di Joule è azionato dalla caduta di pesi, che genera calore nell'acqua.
- Per incrementare di 1 K la temperatura di 1 Kg di acqua è richiesto un lavoro di 4186 J.
Quali sono i metodi di riscaldamento?
Possiamo riscaldare un corpo, cioè aumentare la sua temperatura, in due modi:
- mediante il calore che proviene da un corpo più caldo;
- mediante una forza che compie un lavoro.
Se mettiamo sul fuoco una pentola a pressione piena di acqua, il calore sprigionato del gas, che brucia (a pressione atmosferica) a 835 K (Kelvin), scalda l'acqua che inizialmente si trova a temperatura ambiente (circa 300 K).
Si ha un passaggio di calore quando c'è un dislivello di temperatura più alta a uno a temperatura più bassa.
Facendo un buco nel muro con un trapano, la punta si riscalda. In questo caso non c'è stato alcun passaggio di calore (proveniente da un corpo a temperatura elevata) verso la punta del trapano. L'aumento di temperatura è causato dal lavoro compiuto dalla forza elettrica che fa ruotare la punta.
Esperimento di Joule
Verso la metà del 1800, James P. Joule ideò un esperimento che consente di determinare quanto lavoro è necessario per aumentare di 1 K la temperatura di 1 Kg di acqua. L'acqua è in un thermos, per impedire al calore di entrare e di uscire dal recipiente. Un mulinello a palette, azionato dalla caduta di due pesi, rimescola l'acqua. Dopo aver fatto scendere più volte i pesi, si osserva che l'acqua è diventata un po' più calda. L'aumento di temperatura è causato dal lavoro compiuto dalla forza di gravità che, facendo scendere i pesi, fa ruotare il mulinello. Per aumentare di 1 K la temperatura di 1 Kg di acqua è necessario un lavoro di 4186 J.
Domande da interrogazione
- Quali sono i due metodi principali per riscaldare un corpo?
- Come si verifica il passaggio di calore tra corpi a diverse temperature?
- Qual è il risultato dell'esperimento di Joule riguardo al riscaldamento dell'acqua?
I due metodi per riscaldare un corpo sono: il calore proveniente da un corpo più caldo e il lavoro compiuto da una forza. Ad esempio, il calore del gas che brucia riscalda l'acqua in una pentola a pressione.
Il passaggio di calore avviene quando c'è un dislivello di temperatura, cioè quando un corpo a temperatura più alta trasferisce calore a uno a temperatura più bassa.
L'esperimento di Joule dimostra che per aumentare di 1 K la temperatura di 1 Kg di acqua è necessario un lavoro di 4186 J, evidenziando il legame tra lavoro e aumento di temperatura.
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