calore Flashcards
Riscaldare con il calore
Quando un corpo si riscalda o si raffredda subisce un passaggio di calore con l’ambiente, cioè una trasmissione spontanea di energia dalla materia più calda a quella più fredda.
Il calore è una grandezza che misura un trasferimento di energia; perciò la sua unità di misura nel SI è il joule.
una caloria (cal)
è la quantità di calore da fornire a 1g di acqua distillata per portare la sua temperatura da 14,5 ̊C a 15,5 C alla ̊ pressione di 1 atm.
Nel mulinello di Joule
Nel mulinello di Joule il lavoro è compiuto dalla forza-peso che, facendo scendere i pesi, fa ruotare le palette.
Questo lavoro scalda l’acqua.
confrontando quale risultato si può dire che una caloria = 4186J?
4186 J di lavoro innalzano di 1 C ̊ la temperatura di una massa d’acqua di 1 kg Confrontando questo risultato con la definizione di caloria risulta:1 cal = 4186 J
Energia in transito
Sia il calore che il lavoro possono aumentare la temperatura di un corpo, quindi:
scambiare calore e compiere lavoro sono due modi equivalenti per trasferire energia da un sistema a un altro: sia il calore Q che il lavoro W sono energia in transito.
La capacità termica
L’assorbimento della stessa quantità di energia non provoca lo stesso aumento di temperatura in tutti i corpi.
Gli esperimenti mostrano che il rapporto tra la quantità di energia assorbita e l’aumento di temperatura è una caratteristica del corpo chiamata capacità termica (C):
La capacità termica di un corpo indica quanta energia è necessaria per aumentare di 1 K la temperatura del corpo.
(FORMULA)
Calore specifico
La capacità termica di un corpo dipende dalla massa del corpo e dalla sostanza di cui è fatto secondo la relazione:
dove c è una caratteristica della sostanza chiamata calore specifico:
Il calore specifico di una sostanza indica quanta energia è necessaria per aumentare di 1 K la temperatura di 1 kg di quella sostanza.
(FORM)
Conoscendo le masse dell’acqua (m1) e dell’oggetto (m2) è possibile calcolare il calore specifico dell’oggetto immerso. L’acqua del calorimetro si scalda. Il calore Q1 assorbito è dato da:
Q = cmDELTA T
Le pareti del calorimetro sono isolate: poiché l’energia si conserva, l’acqua dentro il calorimetro assorbe tutto il calore ceduto dal corpo immerso.
Energia scambiata
Poiché c e m sono grandezze positive, ΔE ha lo stesso segno di ΔT:
se la temperatura del corpo aumenta, ΔE è positiva: il corpo assorbe energia dall’ambiente;
se diminuisce, ΔE è negativa: il corpo cede energia all’ambiente.
Se lo scambio di energia è un passaggio di calore, la relazione diventa: Q=C*deltaT
Il calorimetro
Il calorimetro è un recipiente che contiene acqua e ha le seguenti caratteristiche:
ha una capacità termica piccola per assorbire poco calore;
è ben isolato termicamente verso l’ambiente;
ha un termometro e un agitatore per rendere uniforme la temperatura.
Un oggetto caldo (alla temperatura T2) immerso nell’acqua (alla temperatura T1) ne fa aumentare la temperatura fino a quando raggiungono l’equilibrio, cioè arrivano ad avere la stessa temperatura Te, intermedia tra T1 e T2.
Calcolo del calore specifico
Conoscendo le masse dell’acqua (m1) e dell’oggetto (m2) è possibile calcolare il calore specifico dell’oggetto immerso. L’acqua del calorimetro si scalda. Il calore Q1 assorbito è dato da:
Q = cmDELTA T
Le pareti del calorimetro sono isolate: poiché l’energia si conserva, l’acqua dentro il calorimetro assorbe tutto il calore ceduto dal corpo immerso.
La temperatura di equilibrio
Ogni volta che due corpi con calori specifici c1 e c2, masse m1 e m2, temperature iniziali T1 e T2 scambiano calore tra loro e non con l’ambiente, vale la relazione:
c1m1(Te-T1)+c2m2(Te-T2)=0
Da essa è possibile ricavare la temperatura di equilibrio Te se si conoscono le altre grandezze:
FORMULA
La conduzione (1)
Quando c’è una differenza di temperatura, il calore passa da un corpo all’altro o da una parte all’altra dello stesso corpo.
La conduzione è un meccanismo di propagazione del calore in cui non c’è trasporto di materia; avviene soprattutto nei solidi.
FORMULA
La formula dice che:
il rapporto Q/Δt (misurato in J/s = watt) esprime la rapidità con cui il calore attraversa lo strato di materia; esso è:
direttamente proporzionale all’area S della superficie;
direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra le due facce;
inversamente proporzionale allo spessore d dello strato.
La costante λ che compare nella formula è il coefficiente di conducibilità termica e dipende dalla sostanza.
La convezione
La convezione è il trasferimento di calore con trasporto di materia nelle correnti che si producono nei liquidi e nei gas per effetto delle differenze di temperatura.
Le radiazioni elettromagnetiche
Tutti i corpi emettono e assorbono radiazioni elettromagnetiche, fatte di campi elettrici e magnetici oscillanti che si propagano come onde.
Un’onda è costituita da una serie di creste e di gole che si allontanano dalla sorgente.
la distanza tra due creste (o due gole) consecutive è la lunghezza d’onda;
la velocità con cui si allontanano è detta velocità di propagazione dell’onda.
Tutte le radiazioni elettromagnetiche viaggiano nel vuoto alla velocità della luce (300 000 km/s).
Quando un corpo assorbe più radiazioni di quante ne emette, aumenta la propria energia interna e si scalda; quando emette più radiazioni di quante ne assorbe, riduce la propria energia interna e si raffredda.
L’irraggiamento (1)
La conduzione e la convezione del calore avvengono solo attraverso la materia; tuttavia l’energia si propaga anche nel vuoto:
la trasmissione di energia nel vuoto avviene solo per irraggiamento, cioè per emissione di radiazioni.
La rapidità con cui un corpo irraggia energia è data dalla legge di
L’irraggiamento (2)
Il coefficiente e si chiama emissività; è un numero compreso tra 0 e 1, che dipende dalle caratteristiche della superficie emittente. Un corpo nero ha e = 1.
La costante z è la costante di Stefan-Boltzmann e vale: pag403
FORMULE
passaggi tra stati di aggregazione
Sulla Terra la materia si presenta in tre stati di aggregazione: stato solido, stato liquido, stato gassoso (o aeriforme).
Fornendo energia, si può ottenere la fusione di un solido
(passaggio allo stato liquido) o la vaporizzazione di un liquido
(passaggio allo stato aeriforme). Sottraendo energia, si possono ottenere le trasformazioni inverse:
condensazione (dallo stato aeriforme a quello liquido) e solidificazione (dallo stato liquido a quello solido).
La fusione
Dai dati sperimentali risulta che:
a una data pressione, una sostanza fonde a una temperatura fissa e caratteristica della sostanza (temperatura di fusione);
La sua temp rimane costante durante fusione se la sostanza è già alla temperatura di fusione, l’energia necessaria per fonderne una massa m è data da: FORM
La solidificazione
Dai dati sperimentali risulta che:
per ogni sostanza, a pressione fissata, la temperatura di solidificazione coincide con la temperatura di fusione; durante la solidificazione la sua temperatura rimane costante; l’energia che si spende per fondere una certa quantità di sostanza è uguale all’energia che si guadagna quando la stessa quantità di quella sostanza solidifica. L’energia ceduta all’ambiente durante la solidificazione vale:
FORM
La vaporizzazione
a una data pressione, una sostanza allo stato liquido bolle a una temperatura fissa e caratteristica della sostanza (temperatura di ebollizione); durante l’ebollizione la sua temperatura rimane costante; se la sostanza è già alla temperatura di ebollizione, l’energia necessaria per vaporizzarne una massa m è data da: FORM
L’evaporazione
I liquidi passano allo stato aeriforme anche a temperature inferiori a quella di ebollizione.
La vaporizzazione che avviene quando un liquido non bolle è chiamata evaporazione.
Sono esempi di evaporazione le pozzanghere che si prosciugano e l’asciugatura dei panni stesi.
L’evaporazione è più lenta dell’ebollizione e avviene solo sulla superficie del liquido, mentre l’ebollizione interessa tutto il suo volume.
La condensazione
La condensazione
La condensazione è la trasformazione inversa della vaporizzazione.
E’ la causa dell’appannamento di vetri e occhiali.
Dai dati sperimentali risulta che: per ogni sostanza, a pressione fissata, la temperatura di condensazione coincide con la temperatura di ebollizione; durante la condensazione la sua temperatura rimane costante; l’energia che si spende per vaporizzare una certa quantità di sostanza è uguale all’energia che si guadagna quando la stessa quantità di quella sostanza condensa. L’energia ceduta all’ambiente durante la condensazione vale:
FORM
La sublimazione e il brinamento
Il passaggio diretto di un materiale dallo stato solido a quello aeriforme è detto sublimazione. Alcuni materiali solidi (ghiaccio, naftalina, iodio, …) possono passare direttamente allo stato aeriforme, senza transitare per lo stato liquido.
La trasformazione inversa della sublimazione, cioè il passaggio diretto dallo stato aeriforme allo stato solido, è detto condensazione o brinamento.
La formazione della brina è un esempio di questo passaggio di stato.
