In questa lezione vedremo che cos'è il calore specifico e qual è la sua unità di misura. Il calore specifico è una proprietà intensiva (e quindi caratteristica per ogni sostanza) e varia lievemente con la temperatura.
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.
Il calore specifico lo ritroviamo nella legge fondamentale della termologia. 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.
Nel caso dei gas il calore specifico a una data temperatura dipende dalle condizioni alle quali il calore è somministrato. Consideriamo per esempio una massa di ferro di 1 kg che subisce un innalzamento di temperatura pari a 1 kelvin (K). La sostanza con il più alto calore specifico è l'acqua (Cs = 4180 J·kg-1·K-1). I valori del calore specifico dei solidi tendono a zero quando la temperatura si avvicina allo zero assoluto.
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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.
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.
L'aria che respiriamo non è composta solo da aria secca, ma contiene anche del vapore d’acqua. Il calore specifico del vapor d’acqua varia al variare della temperatura. A 20°C, il calore specifico del vapor d’acqua è di circa 0,44 kcal/kg°C, quasi il doppio di quello dell’aria secca.
Anche l’aria ha un suo peso, che dipende dalla temperatura e dalla pressione. Il peso specifico dell'aria è misurato in kg/m3.
Per calcolare il calore specifico dell’aria in funzione del volume, invece che della sua massa, si moltiplica il calore specifico a pressione costante (0,241 kcal/kg°C a pressione costante di 1013 mbar) per il peso specifico di circa 1,176 kg/ m3. Risulta: 0,241 x 1,225 = 0,295 kcal/m3°C.
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Quindi, per riscaldare o raffreddare un certo volume di aria per far variare la sua temperatura di una certa quantità, è sufficiente moltiplicare tale valore (0,295 kcal) per il volume (V) e la variazione di temperatura (delta T): Q = 0,295 x V x delta T. La quantità d’aria necessaria impiegando la formula q = P / 0,295 x delta T, dove q è la quantità di calore espressa in kcal/h.
Esempio: se la temperatura di mandata è di 25°C e quella di ripresa è di 18°C, allora delta T = 25 - 18 = 7°C.
L'aria umida è una miscela di aria secca e vapore acqueo. L’aria può raggiungere la temperatura critica e può diventare liquido (rugiada, nebbia) o addirittura solido (brina). Quando la pressione parziale del vapore acqueo aumenta, l’aria si avvicina alla saturazione. La quantità di vapore a quella temperatura è chiamata umidità relativa, che è un numero compreso tra 0 e 1, spesso espressa in forma percentuale, tramite una moltiplicazione per cento. Lo studio delle proprietà dell’aria in varie situazioni si avvale del diagramma psicrometrico in relazione alla sua invenzione, lo psicrometro o igrometro, composto da due termometri: uno a bulbo secco e uno a termometro avvolto da un tessuto umido.
La temperatura di rugiada è la temperatura alla quale l’umidità presente nell’aria condensa. Osservando il diagramma psicrometrico, si può determinare l'umidità relativa j=0,86.
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