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Modalità di passaggio di calore

E' possibile aumentare la temperatura di un corpo in due modi: attraverso un flusso di calore proveniente da un corpo a temperatura maggiore messo a contatto con un corpo di temperatura minore o attraverso una forza che compie lavoro.

Se si prende un cucchiaino, lo si pone in frigorifero e poi lo si immerge in acqua a temperatura ambiente, il cucchiaino si scalda fino a raggiungere l’equilibrio termico con l’acqua. Quando due corpi con temperature diverse vengono messi a contatto raggiungono naturalmente l’equilibrio termico, perché il calore fluisce dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore fino a raggiungere l’equilibrio.
Si ha un passaggio di calore quando c’è un dislivello di temperatura: il calore fluisce dal corpo a temperatura maggiore verso quello a temperatura minore.

Perché la punta di un trapano in movimento si scalda? Non avviene passaggio di calore, ma l’aumento di temperatura è causato dal lavoro compiuto dalla forza elettrica che fa ruotare la punta.
Verso la fine del 1800, James Prescott Joule ideò un esperimento che consente di determinare la quantità di lavoro necessario per aumentare di 1 K la temperatura di 1 kg d’acqua: il mulinello a palette. L’acqua è contenuta in un calorimetro (un contenitore che non permette scambi di calore con l’esterno). Un mulinello a palette è inserito nel calorimetro ed è collegato a un giunto esterno, a cui a loro volta sono collegati tramite funi 2 pesetti. Il mulinello è azionato dalla caduta dei due pesi ed in questo modo rimescola l’acqua.

Un corpo può essere scaldato o attraverso un flusso di calore proveniente da un corpo più caldo (passaggio di calore quando c'è un dislivello di temperatura) o attraverso una forza che compie lavoro. Un corpo riscaldato acquista energia che può essere trasformata in altre forme di energia: cinetica, potenziale.
Il principio di funzionamento delle macchine termiche: calore e lavoro sono modalità di trasferimento dell'energia da un sistema a un altro. Il calore essendo uguale ad una variazione di energia si misura in Joule. Per riscaldare un corpo bisogna fornirgli energia tramite lavoro o calore-energia in transito. Quest'energia una volta assorbita dal corpo diventa energia interna per cui il corpo aumenta la propria temperatura.

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