In termodinamica, un sistema possiede energia. Secondo il Primo Principio della termodinamica, l'energia può essere convertita da una forma in un'altra, ma non può essere né creata né distrutta.
Quindi, perché l'energia interna di un sistema subisca delle variazioni, ci deve essere uno scambio con l'esterno. Gli scambi di energia con l'esterno avvengono tramite trasferimento di calore o lavoro. Precisiamo però che mentre la variazione di energia interna non dipende dal percorso, i valori di Q e L presi singolarmente cambiano da percorso a percorso.
Calore Specifico e Capacità Termica
Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di una unità di massa di 1 ºC (o equivalentemente di 1 K) e si misura in [J/kg K] o in [cal/g °C]. È una proprietà intensiva caratteristica di ogni sostanza.
Ad esempio, se un grammo di rame subisse una variazione di temperatura di un grado, misureremmo una quantità di calore scambiata pari a 0,385 J/g°C.
Spesso il calore specifico è invece espresso in J/(g·°C). Talvolta il calore viene espresso in calorie e quindi il calore specifico può essere espresso in cal/(g·K). Infatti 1 cal = 4,184 J.
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La formula di tale legge permette di calcolare la quantità di calore che bisogna somministrare (o sottrarre) ad un corpo di massa m per innalzare (o abbassare) la sua temperatura dal valore iniziale t1 al valore finale t2.
Come si può notare dalla tabella, il calore specifico del rame è piuttosto basso; basta poca energia per ottenere un grande aumento di temperatura. Il calore specifico dell'acqua invece è molto elevato: occorre cioè molta energia per ottenere piccoli incrementi di temperatura.
Per questa sua proprietà, l'acqua dei grandi bacini, laghi e mari, di giorno si comporta come un grande "serbatoio termico", rilasciando l'enorme quantità di calore la notte e mitigano così il clima.
Calore Specifico a Pressione Costante
Nel caso dei gas il calore specifico a una data temperatura dipende dalle condizioni alle quali il calore è somministrato, dove R è la costante universale dei gas perfetti.
Nella figura è rappresentato un contenitore riempito di un gas ideale riscaldato con una quantità di calore Q. Dal momento che solo una parte del calore viene usata per incrementare la temperatura (cioè l’energia interna), allora per avere lo stesso incremento di temperatura che si avrebbe a volume costante, occorre fornire più calore.
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Esempio di Calcolo
Si calcoli la quantità di calore che bisogna somministrare a 100 g di ferro per innalzare la sua temperatura da 20°C a 30°C.
| Sostanza | Calore Specifico (J/kg·K) |
|---|---|
| Acqua | 4180 |
| Rame | 385 |
| Ferro | 450 |
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