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Calore

Che cos'è il calore?

Il calore è una forma di energia connessa all’agitazione molecolare di un corpo.

Il calore è strettamente connesso al concetto di temperatura, ovvero quella grandezza fondamentale che rappresenta un indice di quanta energia sotto forma di calore un corpo possiede.

Per ulteriori info: definizione di calore.

Principio zero della termodinamica

Premesso che il calore passa spontaneamente da corpi a più alta temperatura (corpi caldi) a corpi con più bassa temperatura (freddi), possiamo affermare che: se un corpo A è in equilibrio termico con un corpo B e se il corpo B è in equilibrio termico a sua volta con un corpo C, allora anche il corpo A e C saranno in equilibrio termico tra di essi ovvero saranno alla stessa temperatura.

Per info: principio zero della termodinamica.

Il calore e la sua misura

Essendo il calore una forma di energia la sua unità di misura è il Joule nel Sistema Internazionale.

Molte volte nell’uso quotidiano si utilizza la Kcal che corrisponde a 4186 J:

1 Kcal = 4186 J

Quando due corpi a differenti temperature T1 e T2 sono posti in contatto, il calore tende a passare spontaneamente dal corpo più caldo a quello più freddo uniformando la temperatura dei due corpi.

Si dice quindi che i due corpi si saranno scambiati una certa quantità di calore Q. Questa grandezza dipenderà:

  • dalla massa del corpo m
  • dal materiale di cui è composto il corpo
  • dalla differenza di temperatura (finale – iniziale) ΔT

Tutto ciò si traduce nella legge fondamentale della termologia:

Q = m ∙ c ∙ ΔT

in cui c è il calore specifico della sostanza che sta acquisendo o cedendo la quantità di calore Q e si misura in J /(Kg∙K) oppure J/(Kg∙°C) e rappresenta la quantità di calore scambiata per far variare di 1°C la temperatura di un corpo di massa 1 Kg.

Ricordiamo che l’intervallo di temperatura ΔT si può misurare indifferentemente in gradi Celsius o Kelvin in quanto la variazione di temperatura misurata in entrambe le scale è sempre la stessa (ricordiamo che le due scale sono solo sfasate di un fattore 273,15).

Il calore specifico dell’acqua vale 4186 J/(Kg∙K).

Le formule inverse ricavate a partire dalla legge prima espressa sono:

ΔT = Q / (m ∙ c)

c = Q / (m ∙ ΔT)

m = Q / (c ∙ ΔT)

Si definisce invece Capacità Termica C di un corpo il prodotto tra calore specifico e massa del corpo:

C = m ∙ c

Il calore specifico dell’acqua è uno tra i valori di calore specifico più alti tra le sostanze più comuni che si trovano in natura.

Questo vuol dire che l’acqua funge da grande serbatoio di energia specialmente quando si trova presente in grande quantità ad esempio nei mari.

Questo spiega il fenomeno della brezza marina ovvero delle temperature più miti a cui sono soggette le località marine proprio perché l’energia immagazzinata sotto forma di calore durante il giorno dal mare viene lentamente rilasciata durante le ore notturne.

Esercizio #1

Per il corretto funzionamento di un motore è necessario un raffreddamento ad acqua.

In particolare è necessario far circolare ogni ora 2000 litri di acqua che vengono immessi nel circuito di raffreddamento alla temperatura di 10°C e che escono ad una temperatura di 30°C.

Calcolare la quantità di calore che viene sottratta al motore in ogni ora.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: quantità di calore sottratta ad un motore.

Esercizio #2

Si vuole riscaldare un blocco di ferro (c = 0,115 cal/g°C) dalla temperatura di 20 °C alla temperatura di 520 °C.

Sapendo che la massa del blocco è di 100 Kg, quanto calore occorre fornire al corpo?

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: calore necessario per riscaldare un blocco di ferro.

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