In questa lezione, esploreremo il concetto di calore specifico, con un focus particolare sullo zinco, definendone l'unità di misura e fornendo esempi pratici.
Definizione di Calore Specifico
Il calore specifico è la quantità di calore necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di 1 kg di un corpo, materiale o sostanza. Nella tecnologia, quando ci si riferisce ad una proprietà dei materiali nell'intervallo di temperatura da 0°C a 100°C, viene chiamato capacità termica massica. Il suo simbolo è Cs o c.
Unità di Misura
L’unità di misura del calore specifico è J/kg . °C. La lettera J sta per joule usato nel Sistema Internazionale come unità anche dell’energia e del lavoro. 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.
Calore Specifico dello Zinco e di Altre Sostanze
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.
Segue una tabella con i calori specifici di alcune sostanze:
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| Sostanza | c (J/(kg . °C)) |
|---|---|
| Acqua | 4186 |
| Alcol etilico | 2430 |
| Benzina | 2240 |
| Carbone | 1200 |
| Alluminio | 896 |
| Cromo | 502 |
| Ferro | 452 |
| Zinco | 389 |
| Rame | 385 |
| Stagno | 226 |
| Tungsteno | 142 |
| Platino | 136 |
| Oro | 129 |
| Piombo | 128 |
Formula per Ricavare la Capacità Termica Massica
Per ricavare la capacità termica massica di un materiale bisogna dividere il calore totale assorbito o ceduto per la variazione di temperatura moltiplicata per la massa. Nella pratica ci si riferisce all’intervallo di temperatura (ΔT) in cui quella iniziale è di 0°C e la temperatura finale è di 100°C.
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.
Consideriamo per esempio una massa di ferro di 1 kg che subisce un innalzamento di temperatura pari a 1 kelvin (K). 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.
Proviamo a ricavare il calore specifico dell’alluminio, sapendo che per fargli raggiungere la temperatura di 100°C occorre una quantità di calore di 90 000 J.
Variazione del Calore Specifico
Il calore specifico è una proprietà intensiva (e quindi caratteristica per ogni sostanza) e varia lievemente con la temperatura. I valori del calore specifico dei solidi tendono a zero quando la temperatura si avvicina allo zero assoluto. 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.
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