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 IN FISICA: 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 ben delimitato. Per spiegarlo, è necessario introdurre il “Principio zero della termodinamica” o “principio dell’equilibrio termico”. Cerchiamo di fare chiarezza. Sperimentalmente possiamo osservare 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.

È 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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