Calorimetro, equazione della termologia e trasmissione del calore schemi concettuali

Fisica del calore

Equazione della termologia

L'equazione fondamentale della termologia lega l'energia (se sotto forma di calore fornito dal corpo il suo calore specifico, la sua massa e la sua variazione di temperatura).

Il calorimetro

Il calore specifico del corpo immerso nel calore misto è dato da:

C = (cm₁ (Te - T₂)) / (m₂ (T₁ - Te))

Descriviamo due masse m₁ e m₂ (acque) a due temperature T₁ e T₂ con T₁ > T₂. L'equazione più calore reale cade nell'acqua più fredda, dopo un po' raggiungiamo la stessa temperatura, cioè temperatura di equilibrio Te con T₁ > Te > T₂.

• Q₁ = quantità di calore ceduta
• Q₂ = quantità di calore assorbita

Si ha:

Q₁ = cm₁ (Te - T₁)

Q₂ = cm₂ (Te - T₂)

Poiché -Te < T₁ e Te > T₂, Q₁ è negativo e Q₂ è positivo. Se non c'è dispersione di calore verso l'esterno si ha:

Q₁ + Q₂ = 0 combinando:

Te = (m₁ T₁ + m₂ T₂) / (m₁ + m₂)

Se i due corpi hanno diversi calori specifici allora Te è detta temperatura di equilibrio del sistema:

Te = (c₁m₁ T₁ + c₂m₂ T₂) / (c₁m₁ + c₂m₂)

Propagazione del calore

Il calore può propagarsi nella materia e nel vuoto, per mezzo di tre meccanismi detti conduzione, convezione e irraggiamento. Nella materia essi possono avvenire contemporaneamente, anche se spesso uno prevale sugli altri, mentre nel vuoto si può avere solo irraggiamento. Tratteremo pertanto quest'ultimo separatamente nel paragrafo successivo.

La conduzione

Il meccanismo di trasporto di energia da un punto all’altro dello spazio senza spostamento di materia è detto conduzione. Il calore si propaga nella materia trasportando energia da un punto all’altro dello spazio senza che vi sia movimento di materia; in materiali diversi tale trasporto avviene in tempi diversi. La legge empirica che descrive la conduzione attraverso una lastra di spessore d e area S è data dalla formula:

_Q/_Δt = λ_S _ΔT/_d

La convezione

Il meccanismo di trasporto di energia da un punto all’altro dello spazio con trasporto di materia è detto convezione.

Cella convettiva: qualcosa di molto simile avviene anche a livello planetario, contribuendo agli scambi termici tra diverse aree della Terra.

Propagazione del calore: l'irraggiamento

Il meccanismo di trasporto dell'energia da un punto all'altro dello spazio attraverso i mezzi materiali trasparenti e nel vuoto è detto irraggiamento.

La legge di Stefan-Boltzmann:

E / SΔt = εσT⁴

L'aria a contatto con il suolo si scalda, sale e scambia calore per convezione. Il sole riscalda il suolo per irraggiamento. Il calore si trasmette dal suolo ai piedi per conduzione.