CALORE E TEMPERATURA

Equilibrio Termico e Calore

Per introdurre la grandezza fisicacalore” e “temperatura”, si propone di immaginare un ipotetico esperimento di facile intuizione; sin da subito si evidenzia la distinzione fra le due grandezze, seppur legate come vedremo più avanti.

Supponiamo di avere due corpi A e B che si trovano a temperatura diversa: Ta > Tb

Supponiamo adesso, di mettere a contatto i due corpi e analizzare l’andamento delle loro temperature al passare del tempo.

Quello che accade è una progressiva diminuzione della temperatura del corpo A e un contemporaneo aumento della temperatura del corpo B.

Questo fenomeno avviene fino a quando i due corpi raggiungono la stessa temperatura: equilibrio termico.

La temperatura raggiunta da due corpi è la temperatura di equilibrio Te.

Durante la progressiva variazione di temperatura, avviene un trasferimento di calore da un corpo ad un altro: il calore è una forma di energia e può essere chiamato appunto energia termica.

In definitiva è il calore che fa variare le temperature dei corpi per cui se si immette calore, il corpo aumenta la sua temperatura e, al contrario, se si sottrae calore la sua temperatura diminuisce.

 

La Legge Fondamentale della Calorimetria

Abbiamo visto che le variazioni di temperatura sono certamente legate al calore Q fornito ad un corpo.

Fornendo calore la temperatura aumenta. Ma di quanto aumenta?

La risposta è fornita dalla legge fondamentale della Calorimetria:

Q = c * m * ∆T

dove:

  • Q   è il calore assorbito o ceduto dal corpo
  • m  è la sua massa
  • ∆T è la variazione di temperatura
  • c    è il calore specifico.

Se ∆T > 0, cioè se la temperatura finale raggiunta dal corpo è maggiore della sua temperatura iniziale, allora Q > 0 cioè il corpo acquista calore.

Al contrario se ∆T < 0, cioè se la temperatura finale raggiunta dal corpo è minore della sua temperatura iniziale, allora Q < 0 cioè il corpo cede calore.

La formula inversa per determinare c (il calore specifico):

c = Q / (m * ∆T)

Il calore specifico c non è altro che la quantità di calore da fornire ad un corpo avente massa di 1 kg per aumentare la sua temperatura di 1 K.

L’unità di misura del calore, essendo esso una forma di energia, è il Joule (J).

Altra unità di misura del calore molto diffusa è la caloria (cal): la caloria è la quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di un grammo di acqua distillata da 14,5 a 15,5 °C.

La relazione tra le due unità di misura del calore è la seguente:

    1 cal = 4,186 J

oppure

    1 kcal = 4186 J

 


ESERCIZIO 

Una massa d’acqua di 300 g e alla temperatura di 340 K cede 5000 J di calore. Calcola la sua variazione di temperatura. Calcola la sua temperatura finale. (il calore specifico c dell’acqua è 4186 J/kg*K)

Tiniziale = 340 K 

Q = 5000 J

m = 300 g

Dalla formula: Q = c*m*∆t, si ricava la variazione di temperatura:

t = Q /c * m = 5000 J / (4186 J/kg K * 0.3 kg) = 4 K

Tfinale = Tiniziale – 4 K = 336 K

 

ESERCIZIO

La temperatura di una massa d’acqua distillata di 5 kg passa da 70°C a 40°C. Calcola la quantità di calore ceduto. Se la temperatura della stessa massa d’acqua passa da 343 K A 313 K, il calore ceduto sarà il medesimo? Si/No

m = 5 kg

Tiniziale = 70 °C

Tfinale = 40 °C

Q = c*m*∆t = 4186 J/Kg K * 5 kg *(-30 K)= – 627.900 J

 

Tiniziale = 343K

Tfinale = 313K

Q = c*m*∆t = 4186 J/Kg K * 5 kg *(-30 K)= – 627.900 J

 

 

ESERCIZIO

Fornendo 200 cal a un blocco di oro (c = 0.03 cal/(g*°C)) della massa di 200 g, quale variazione di temperatura si produrrà?

∆t = Q/ m* c

∆t = 200 cal / (200g * 0.03 cal/(g °C)) = 33.33 °C

 

 

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