CALORIMETRIA - LA CAPACITA' TERMICA E IL CALORE SPECIFICO

CALORIMETRIA

si misura in Joule (J). Ma si utilizza anche:

caloria (cal) = corrisponde alla quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di un g di acqua distillata di un grado e precisamente da 14,5°C a 15,5°C

chilocaloria (Kcal) = 1000 cal

L'energia che un corpo assorbe sotto forma di calore rimane dentro il corpo e va ad aumentare la sua energia interna.

Non è obbligatorio mettere a contatto due corpi per poterne 444d38e riscaldare uno. Per esempio è sufficiente mescolare l'acqua per riscaldarla. Questa ipotesi è confermata da un esperimento:

L'acqua contenuta in un   l'acqua. Infatti mentre

thermos viene mescolata  scendono, i pesi met-

da un sistema di palette    tono in rotazione le

che sono messe in rota-   palette che mescolano

zione dalla caduta di due  l'acqua contenuta nel

pesi all'esterno del reci-   thermos. La velocità

piente. Lasciando scen-   delle molecole cresce

dere diverse volte i pesi    così l'acqua si scalda.

si calcola quanto lavoro    L'aumento di tempe-

compie la forza di gravi-   ratura è stato causato

tà per mantenere in rota-  dal lavoro compiuto

zione le palette dentro dalla forza di gravità

Dall'esperimento risulta che per innalzare di 1°C la temperatura di 1 kg di acqua occorrono 4186 joule

Conosco la massa m e la variazione di temperatura Dt; voglio trovare la quantità di calore Q.

è direttamente proporzionale alla massa e alla variazione di temperatura

Oltre a questo devo tenere conto anche del tipo di sostanza che utilizzo; devo tenere conto quindi del calore specifico della sostanza ( c ).

A questo punto è facile definire la legge fondamentale della calorimetria:

CHE COS'E' IL CALORE SPECIFICO?

m = 1g  Q = c m Dt

Dt = 1°C   Q = c

il calore specifico è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1°C 1g di quella determinata sostanza. In parole più povere è il numero di calorie che il corpo ha.

Il calore specifico dell'acqua è 1 cal/g°C

Il calore specifico si misura in

Q    cal

c = --------- --------- in cgs

m Dt  g°C

J

in S.I.

kg °K

e si misura col calorimetro

Quando però non abbiamo a disposizione 1 g di sostanza è più utile conoscere la capacità termica della sostanza.

Q = c m Dt

Q = c m

C = c m

la capacità termica è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1°C la massa della sostanza

La capacità termica si misura in:

Q    cal

C = --------- --------- in cgs

Dt   °C

J

in S.I.

°K

E' una sorgente di calore un corpo che è in grado si acquistare o cedere quantità di calore senza che la sua temperatura subisca variazioni.

Q = c m Dt

Q

Dt = -------

c m

Q

c m

m deve essere grandissimo, perché qualsiasi calore specifico è molto piccolo. Deve essere grande come il sole o un'enorme massa d'acqua.

In natura le sorgenti di calore sono:

la combustione (processo chimico).

Quando il carbone brucia gli atomi di carbonio si combinano con le molecole di ossigeno per dar luogo a molecole di anidride carbonica

C + 0 CO

Occorre inoltre fornire una piccola quantità di energia in modo da separare i due atomi che sono strettamente legati nella molecola di ossigeno

Una volta liberi i due atomi si ossigeno sono attratti dall'atomo di carbonio e unendosi ad esso liberano energia sotto forma di energia cinetica della molecola di anidride carbonica.

Una parte di questa energia viene utilizzata per scindere altre molecole di ossigeno e favorire così la creazione di nuove molecole di anidride carbonica

Il resto viene ceduto all'ambiente come calore. Questo è uguale alla differenza tra l'energia interna del sistema iniziale (atomo di carbonio + molecola di ossigeno) e l'energia interna del sistema finale (molecola di anidride carbonica)

il sole

Misura quanto calore produce la combustione completa di una massa unitaria di combustibile.

La formula per ricavare il potere calorifico è:

Si misura in joule/kg per i solidi e i liquidi; in joule/mc per i gas.

Indica come il calore è propagato; avviene con tre diversi meccanismi: conduzione, convezione, irraggiamento.

LA CONDUZIONE

L'estremità della sbarra non L'energia cinetica

riscaldata dopo un po' di     media di tutte le

tempo comincia a scottare.   molecole aumenta,

Le rapide vibrazioni degli innalzando così la

atomi della sbarra che si   temperatura della

trovano vicino al fuoco     sbarra.

trasmettono mediante gli

urti agli atomi più lontani.

Ogni sostanza conduce il calore in modo più o meno efficiente. Si va dai buoni conduttori di calore (metalli) agli isolanti termici, che offrono una notevole resistenza al passaggio di calore (legno e vetro).

La conduzione dipende direttamente da:

tipo di materiale (conducibilità termica)

tempo

superficie (più è grande e più c'è conduzione)

Inversamente dallo spessore

Il coefficiente di conducibilità termica è una grandezza che caratterizza la capacità di una sostanza di condurre calore. Si misura in watt/m°C

LA CONVENZIONE

Mettendo un recipiente

pieno d'acqua su una fiamma,

si creano al suo interno dei

moti convettivi, che

trasportano verso l'alto le

molecole "calde" e verso il

basso le molecole "fredde"

L'IRRAGGIAMENTO

Nei processi di conduzione e di convenzione del calore è indispensabile la presenza di materia. Ma il calore si propaga anche nel vuoto.

L'energia che dal Sole arriva sulla Terra viaggia attraverso lo spazio interplanetario, che è quasi del tutto privo di materia.