Tale errata concezione del calore fu abbandonata quando si intuì che il calore non è altro che una forma di energia.

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Tale errata concezione del calore fu abbandonata quando si intuì che il calore non è altro che una forma di energia."

Anna Bianco
5 anni fa
Visualizzazioni

1 CALORE Secondo la teoria fluidistica il calore era concepito come una sostanza imponderabile (fluido calorico o semplicemente calorico) permeante tutti i corpi. Mettendo a contatto due corpi a diversa temperatura si pensava che tale fluido passasse dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore fino a quando i due corpi avessero raggiunto la stessa temperatura. Secondo questa teoria un corpo risultava più caldo di un altro poiché possedeva una maggiore quantità di fluido calorico. Tale errata concezione del calore fu abbandonata quando si intuì che il calore non è altro che una forma di energia.

2 Si riconsideri il sistema in figura già discusso in precedenza. In tal caso la variazione di energia interna del sistema è: E int L V f p dv V i Tale equazione esprime una media macroscopica che considera tutti i singoli scambi di energia tra le molecole del gas e quelle dell ambiente (pistone). Tali scambi energetici avvengono in genere non solo quando le pareti del contenitore sono mobili ma anche quando sono fisse.

3 Consideriamo un gas all interno di un contenitore rigido dalle pareti diatermiche. Se si riscaldano le pareti del contenitore, si può osservare un aumento di temperatura del gas e quindi di energia interna. In questo caso l equazione precedente, che rappresenta il principio di conservazione dell energia meccanica, è inadatta a descrivere gli scambi energetici tra sistema e ambiente poiché non ci sono parti in movimento e quindi non c è variazione di volume. Si introduce quindi un nuovo concetto statistico chiamato calore che rappresenta il valor medio dell energia scambiata tra sistema e ambiente, sempre a causa delle collisioni tra le molecole dell uno e dell altro, energia che non può essere espressa macroscopicamente come un lavoro meccanico.

4 Il calore è la somma di un grandissimo numero di lavori infinitesimi individuali, tali da non poter essere espressi complessivamente, a livello macroscopico, come il prodotto di una forza per uno spostamento medio. In tal caso (trasformazione isocora) la variazione di energia interna del sistema vale: E int = 0 Trasformazione adiabatica uando tra ambiente e sistema (o tra due sistemi) non si verifica alcuno scambio netto di energia sotto forma di calore, si dice che essi sono in equilibrio termico.

5 Il calore è una forma di energia in transito che passa da un sistema all ambiente esterno o viceversa quando tra sistema ed ambiente vi è una differenza di temperatura. Interpretazione alternativa della temperatura come livello termico: misura dell attitudine di un corpo a assorbire o cedere calore. Analogie tra calore e lavoro 1. Il calore, come il lavoro, non è una proprietà intrinseca di un sistema. 2. La quantità di calore che il sistema assorbe o cede in una trasformazione dipende dal tipo di trasformazione. Differenze tra calore e temperatura I concetti di calore e temperatura sono distinti. a) Si può aumentare la temperatura di un corpo senza cedergli calore (durante una compressione adiabatica). b) Si può cedere calore ad un corpo senza far variare la sua temperatura (durante un processo di fusione o di evaporazione).

6 Unità di misura del calore Caloria (Piccola caloria) = 1 cal la quantità di calore necessaria per innalzare da 14.5 a 15.5 C la temperatura di 1 g di acqua. Grande caloria = 1 Cal =1000 cal = 1 Kcal Esperienza di Joule E 2m g int h 1 cal = J 1 Kcal = 4186 J

1) L : è sempre possibile la trasformazione integrale 2) L : non è possibile la trasformazione integrale (altrimenti sarebbe possibile il cosiddetto moto perpetuo di seconda

7 1) L : è sempre possibile la trasformazione integrale 2) L : non è possibile la trasformazione integrale (altrimenti sarebbe possibile il cosiddetto moto perpetuo di seconda specie) Il punto 2 è alla base del funzionamento della macchina termica (dispositivo per trasformare in lavoro parte del calore assorbito da un corpo caldo), che descriveremo in seguito.

8 CAPACITA TERMICA E CALORE SPECIFICO Si definisce capacità termica di un corpo il rapporto: C T Si definisce calore specifico (o capacità termica specifica) del materiale che costituisce un corpo di massa m, il rapporto: c C m m T (6) Si definisce inoltre calore specifico molare della sostanza di cui è composto un corpo costituito da n moli, il rapporto: c C n n T (6') Sia C che c e c dipendono dalla temperatura e, in genere, anche da altre variabili di stato (pressione, volume, ecc.). La quantità infinitesima di calore d da fornire ad un corpo di massa m per produrre una variazione infinitesima dt di temperatura è data da: d c m dt N.B.: d non è un differenziale!

9 La quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di un corpo di massa m da un valore iniziale T i ad uno finale T f vale quindi: m T T i f c dt A temperature ordinarie e per ordinari intervalli di temperatura, c è praticamente costante. uindi: mc( T f Ti ) Le (6) e (6 ) non definiscono univocamente il calore specifico: bisogna definire il tipo di trasformazione attraverso la quale il calore è trasferito al (o dal) corpo. Si parla così di: calore specifico a pressione costante (c p ), calore specifico a volume costante (c V ), ecc. Calore specifico dei solidi Per i solidi ed i liquidi: c p c V Il calore specifico varia considerevolmente da solido a solido (v. Tabella). Tuttavia il calore specifico molare risulta, per tutti gli elementi solidi (salvo alcune eccezioni come il carbonio), approssimativamente pari a 25 J/(mol K). uesta scoperta fu fatta da Dulong e Petit.

10 Calore specifico e calore specifico molare di alcuni solidi c [J/(kg K)] c [J/(mol K)] Sostanza Piombo Tungsteno Argento Rame Alluminio Carbonio Calore specifico di alcuni liquidi Sostanza c [J/(kg K)] Mercurio 139 Etanolo 2430 Acqua 4190 Sorgenti di calore e termostati Si definisce sorgente termica qualsiasi corpo che sia in grado di fornire calore ad uno o a più altri corpi. Viene chiamato invece termostato un particolare corpo in grado di fornire o assorbire calore senza che ciò modifichi apprezzabilmente la sua temperatura. Un termostato è un qualunque corpo dotato di elevata capacità termica. Il calore si ottiene sempre come il risultato della trasformazione di altre forme di energia.

Documenti analoghi

Fisica per scienze ed ingegneria

Serway, Jewett Fisica per scienze ed ingegneria Capitolo 20 Fino a circa il 1850 su riteneva che la meccanica e la termodinamica fossero due scienze completamente distinte. La legge di conservazione dell