Calore – Spiegazione

Calore – Spiegazione

Il calore non è una sostanza e non è una forma di energia “contenuta”. È energia in trasferimento. Esiste solo quando passa da un corpo a un altro a causa di una differenza di temperatura. Quando il trasferimento finisce, il calore smette di esistere. Quello che resta è energia interna.
Questa distinzione è fondamentale. Un corpo non “ha calore”: ha una certa energia interna, legata al moto e alle interazioni microscopiche delle sue particelle. Il calore è il processo con cui questa energia si sposta. Confondere le due cose significa perdere il senso della termodinamica.

Passaggio di calore

Quando due corpi a temperatura diversa vengono messi a contatto, l’energia passa spontaneamente da quello più caldo a quello più freddo. Non per scelta, ma per necessità fisica.
Il calore si indica con Q e si misura in joule. Il suo segno conta: è positivo se il sistema assorbe energia, negativo se la cede. Anche qui non c’è arbitrarietà: è una questione di bilanci.
Esistono tre modi fondamentali di trasferimento del calore. La conduzione avviene per contatto diretto. Le particelle più energetiche urtano quelle meno energetiche, trasmettendo agitazione. È tipica dei solidi, soprattutto dei metalli, dove le particelle sono vicine e ben organizzate.
La convezione coinvolge il movimento macroscopico di un fluido. Le parti più calde, meno dense, tendono a salire; quelle più fredde scendono. Si creano correnti che trasportano energia. Qui il calore viaggia insieme alla materia. È un trasferimento dinamico, visibile.

Irraggiamento

L’irraggiamento è diverso dagli altri due. Non ha bisogno di un mezzo materiale. È trasferimento di energia tramite onde elettromagnetiche. È il modo in cui il Sole scalda la Terra. Ogni corpo con temperatura superiore allo zero assoluto irradia energia.
Dal punto di vista quantitativo, il calore assorbito o ceduto da un corpo è legato alla variazione di temperatura dalla relazione:
Q = m · c · ΔT
dove m è la massa, c il calore specifico e ΔT la variazione di temperatura. Il calore specifico misura quanto un materiale “resiste” al cambiamento di temperatura. Materiali con calore specifico alto accumulano molta energia senza scaldarsi troppo.
Il calore può anche provocare cambiamenti di stato. In questi casi la temperatura resta costante, ma l’energia serve a rompere o formare legami tra le particelle. È il calore latente. Ancora una volta, l’energia non scompare: cambia funzione.
Il calore è centrale nella termodinamica perché introduce il concetto di irreversibilità. Non tutto il calore può essere trasformato in lavoro. C’è sempre una parte che si disperde. È qui che entra in gioco il secondo principio: il calore spontaneamente si diffonde, non si concentra.
Capire il calore significa capire il verso naturale dei processi. Non è solo una questione di caldo e freddo, ma di trasformazioni, limiti, equilibri. È l’energia che si muove quando i sistemi cercano, inevitabilmente, una forma di ordine termico.