In questa lezione parleremo di calorimetria e dell'importanza di comprenderla. La calorimetria studia e misura il calore ceduto o assorbito durante i processi chimici e fisici.
Cos'è il Calore Specifico?
Il calore specifico è una proprietà intensiva, caratteristica per ogni sostanza, e varia lievemente con la temperatura. Consideriamo per esempio una massa di ferro di 1 kg che subisce un innalzamento di temperatura pari a 1 kelvin (K).
Spesso il calore specifico è 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 dipende dal tipo di materiale della sostanza, indipendentemente dalla massa.
Unità di Misura del Calore Specifico
- J/(g·°C)
- cal/(g·K)
Calore Specifico dell'Acqua
La sostanza con il più alto calore specifico è l'acqua (Cs = 4180 J·kg-1·K-1). Il calore specifico dell'acqua è particolarmente elevato: ciò significa che, nel caso dell'acqua, occorre molta energia per ottenere piccoli incrementi di temperatura.
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Pertanto, in base alla definizione di calore specifico dell'acqua, possiamo affermare che, se misuriamo la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di 1 grammo di acqua di 1°C, vedremo che essa è pari a 4,18 J ovvero 1,00 cal.
Importanza del Calore Specifico dell'Acqua
Grazie a questa sua proprietà, l'acqua dei grandi bacini, laghi e mari, si comporta come un grande "serbatoio termico", accumulando durante il giorno grandi quantità di calore e rilasciandole la notte. 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.
Il valore del calore specifico dell'acqua può essere impiegato per calcolare la quantità di calore necessaria per aumentare, di un determinato valore, la temperatura di una certa massa di acqua.
Calore Specifico e la Legge Fondamentale della Termologia
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.
Da questa formula si capisce che la temperatura di un corpo cambia se si verifica uno scambio di calore tra il corpo e l’ambiente o tra un corpo e un altro corpo.
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Esempi e Applicazioni
Come è possibile notare, il calore specifico del rame è piuttosto basso; basta poca energia per ottenere un grande aumento di temperatura. 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.
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.
I valori del calore specifico dei solidi tendono a zero quando la temperatura si avvicina allo zero assoluto.
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