Calore, calore specifico e caloria

Di Micaela Bonito.

La guida di fisica sul calore, sul calore specifico dell'acqua e sulla caloria. Significato e spiegazioni con esempi e formule

Calore, calore specifico e caloria
Calore, calore specifico e caloria — Fonte: istock

IL CALORE: SIGNIFICATO

Il termine calore, in maniera del tutto simile alla temperatura, viene utilizzato nei più disparati contesti. In fisica il termine “calore” ha, invece, una significato fisico ben delimitato. Per spiegarlo, è necessario introdurre il “Principio zero della termodinamica” o “principio dell’equilibrio termico”. Sperimentalmente si osserva che: se due corpi A e B, di temperatura diversa (Ta e Tb), vengono messi a contatto termico, i loro rispettivi stati si influenzano a vicenda e, all’equilibrio, raggiungono uno stato caratterizzato dalla stessa temperatura Tc intermedia fra le due. Durante questo processo “qualcosa” è passato da un corpo all’altro. Questo “qualcosa” è ciò che indichiamo con il termine di “calore”.

Il Principio zero della termodinamica può essere ora riformulato nel seguente modo: se un oggetto B è in equilibrio termico sia con un oggetto A sia con un oggetto C, allora anche gli oggetti A e C, se vengono posti a contatto termico, saranno in equilibrio termico.

L’idea di base di questo principio utilizza la grandezza fisica temperatura e può essere espressa in questo modo: Se due oggetti hanno una temperatura diversa, il calore fluisce dall’oggetto più caldo a quello più freddo, fino a quando entrambi non raggiungano temperature uguali.

Questo principio viene sperimentato comunemente ogni volta che si osserva un corpo ad una temperatura maggiore raffreddarsi, fino a raggiungere la stessa temperatura dell’ambiente circostante. In base a quanto precedentemente visto si può quindi dire che: il calore è un trasferimento di energia tra due corpi che si trovano a temperature diverse.

IL CALORE SPECIFICO E LA CALORIA

Nelle pagine dedicate alla temperatura e nella precedente parte sul calore, si è visto che, pur essendo il calore e la temperatura due concetti distinti, questi sono in qualche modo legati. Fornendo calore ad un corpo, è possibile osservare il corrispondente aumento della temperatura.

Sperimentalmente si osserva la relazione che c’è tra l’incremento di temperatura ΔT e la quantità di calore Q che lo determina.
Si può prendere per esempio un riscaldatore elettrico, di cui si conosce la quantità di calore che fornisce nell’unità di tempo e, immergendolo in acqua o in un qualunque altro liquido, misurare la variazione di temperatura.

E’ possibile ripetere l’esperimento con diverse quantità di acqua e si osserva che:

1) la quantità di calore fornita per innalzare la temperatura di una quantità ΔT è direttamente proporzionale alla massa m dell’acqua

2) a parità di massa m, la quantità di calore Q è direttamente proporzionale a ΔT

3) a parità di massa m e di ΔT, la quantità di calore Q è diversa da sostanza a sostanza.

La relazione che intercorre fra le due grandezze può essere quindi scritta nel seguente modo:

Calore Q
Calore Q

 

 

dove c è una costante di proporzionalità caratteristica di ogni sostanza e viene indicata con il termine di calore specifico. Basandosi sulla precedente relazione (2.1) si può inoltre dire che: il calore specifico di una sostanza rappresenta la quantità di calore che la massa di 1 kg di tale sostanza deve scambiare perché la sua temperatura vari di un 1°C (o di 1 K) Abitualmente Q si misura in Joule, m in kg e ΔT in °C.

Un'altra unità di misura per Q è la caloria (cal).

La caloria rappresenta la quantità di calore che deve essere fornita ad un 1 kg di acqua distillata per elevare la sua temperatura da 14.5°C a 15.5°C.

Anche se l’unità di misura della quantità di calore nel sistema internazionale è il Joule, la caloria è una unità di misura utilizzata in vari contesti (è presenta, per esempio, su molte delle confezioni di cibi e bevande). E’ importante conoscere come si passa dalle calorie ai joule e viceversa.

Le relazioni sono le seguenti:

1 cal.
1 cal.

 

 

o anche

1 Kcal
1 Kcal

 

 

Esiste, inoltre, un'altra grandezza, chiamata capacità termica che è così definita: La capacità termica di un corpo (che si indica con C grande) è la grandezza che misura la quantità di calore necessaria per aumentare di 1°C (o di 1 K) la temperatura.

Fig. 1 - Capacità termica
Fig. 1 - Capacità termica

Essa è definita come il rapporto fra la quantità di calore Q che il corpo assorbe e il corrispondente aumento di temperatura ΔT (vedi. Fig. 1)

J1
J1

Juole: unità di misura del calore.

 

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