Il calore latente è la quantità di energia scambiata in un sistema durante un passaggio di stato. È uno degli argomenti fondamentali della termodinamica.
Cos'è il Calore Latente?
I passaggi di stato delle sostanze pure avvengono a temperature ben precise e caratteristiche per ogni sostanza; queste temperature rimangono costanti per tutta la durata del processo. Nel caso della fusione del ghiaccio, ad esempio, la temperatura resta costante per tutto il processo anche se il sistema continua ad assorbire energia dall'ambiente sotto forma di calore. Tale quantità di energia è chiamata calore latente di fusione. Nel caso della fusione, il calore assorbito viene utilizzato per vincere le forze di coesione che mantengono le molecole fisse, vicine le une alle altre.
L’unità di misura del calore latente è il joule su chilogrammo (J/kg). Talvolta si usano le chilocalorie (kcal/kg). Infatti, in tutti questi casi non possiamo usare la formula classica del calore Q = m ∙ c ∙ ∆T, secondo cui il calore è direttamente proporzionale sia alla variazione di temperatura che alla massa. Invece, durante i passaggi di stato, è dimostrato empiricamente che non si verifica alcun cambiamento di temperatura nelle sostanze che passano da uno stato a un altro, ad esempio da solide diventano liquide.
Come si Calcola il Calore Latente?
Come già accennato sopra, la principale proprietà del calore latente è che nel sistema che scambia energia, assorbendola o rilasciandola, non si verifica alcuna variazione di temperatura.
Il calore latente di fusione del ghiaccio (λf) è la quantità di energia necessaria per fondere completamente 1 g di ghiaccio alla temperatura di fusione che, come è noto, è di 0°C. Come la fusione, anche l'ebollizione è un processo che richiede energia. Il calore latente di ebollizione (λe) è la quantità di energia necessaria per far evaporare completamente 1 grammo di sostanza alla temperatura di ebollizione (100°C alla pressione di 1 atmosfera). Il calore latente di ebollizione viene impiegato per indebolire le forze di coesione tra le particelle del liquido, permettendo loro di allontanarsi fino a passare allo stato di vapore.
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Nel caso in cui il calore latente dell'acqua venga espresso per mole di sostanza e non per grammo, si parla di calore latente molare di fusione dell'acqua e di calore latente molare di ebollizione dell'acqua.
La legge fondamentale della termologia afferma che fornendo (o sottraendo) calore a una certa quantità di acqua, si ottiene un riscaldamento (o un raffreddamento) dell'acqua stessa. L'esperienza però ci insegna che non è sempre così. Per esempio, inserendo un termometro all'interno di una massa d'acqua che sta bollendo, pur continuando a fornire calore, la massa d'acqua - durante l'ebollizione - rimane sempre alla temperatura di 100°C (alla pressione di 1 atmosfera). Il calore fornito in questi passaggi di stato è definito latente.
Curva di riscaldamento dell'acqua distillata: si nota che durante la fusione (tratto B-C) e durante l'ebollizione (tratto D-E) la temperatura rimane costante.
Esempio di Calcolo
Supponiamo di volere determinare la quantità di calore necessaria per fondere un cubetto di ghiaccio di massa 120 g che si trova alla temperatura di 0°C.
Pertanto per fondere 120 g di ghiaccio che si trovano alla temperatura di 0°C è necessario fornire una quantità di calore pari a 40.020 J. Nel S.I.
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Esempio Pratico
Si calcoli il calore necessario per fondere completamente un cubetto di ghiaccio di massa 10 grammi che si trova alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atmosfera.
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