Articolo sul calore latente, calore specifico e capacità termica.
Se si immerge un termometro a mercurio in un recipiente contenente una miscela di acqua fredda e ghiaccio, si osserverà che, scendendo verso il basso, la superficie del mercurio smette di muoversi. La superficie del mercurio smette di muoversi quando raggiunge la temperatura di congelamento dell'acqua (0 ° C). Se il recipiente è aperto, il calore fluisce dall'aria, che ha una temperatura elevata, alla miscela di ghiaccio e acqua fredda. L'apporto di calore dall'aria provoca lo scioglimento del ghiaccio. Finché il ghiaccio si scioglie, la temperatura della miscela di ghiaccio e acqua fredda cambia? Finché il ghiaccio si scioglie, la temperatura della miscela di acqua e ghiaccio non cambia.
Se una miscela di ghiaccio e acqua viene riscaldata, ad esempio, con il fuoco o con una stufa elettrica, tutto il ghiaccio si trasforma in acqua. Se il riscaldamento continua, la temperatura dell'acqua sale a 100 ° C. A 100 ° C, l'acqua inizia a evaporare. Se il riscaldamento prosegue, l'acqua si trasforma più rapidamente in vapore, mentre la temperatura dell'acqua rimane costante a 100 ° C. Questa è la temperatura di ebollizione dell'acqua, la temperatura massima raggiungibile dall'acqua.
Grafico della relazione tra il calore, le variazioni di temperatura e i cambiamenti di fase dell'acqua.
AB = Il calore aggiuntivo aumenta la temperatura del ghiaccio a 0 ° C
BC = Il calore aggiuntivo fonde il ghiaccio trasformandolo in acqua
CD = Il calore aggiuntivo aumenta la temperatura dell'acqua da 0 ° C a 100 ° C
DE = Il calore aggiuntivo fa evaporare l'acqua
EF = Il calore aggiuntivo aumenta la temperatura del vapore
Il grafico sopra illustra il processo di variazione della temperatura e le modifiche di fase dell'acqua finché quest'ultima assorbe calore (a una pressione atmosferica). Se l'acqua rilascia calore, il processo che si verifica è l'opposto di quello descritto sopra. L'apporto di calore dal BC non provoca variazioni di temperatura dell'acqua, ma si limita a fondere il ghiaccio trasformandolo in acqua.
L'apporto di calore dalla DE non provoca variazioni di temperatura dell'acqua, ma la trasforma soltanto in vapore. L'acqua è solo un esempio. Tutti gli oggetti, se assorbono calore, subiscono un processo di cambiamento di fase e di temperatura, come accade all'acqua. La differenza sta nel punto di congelamento e nel punto di ebollizione. Ogni oggetto ha un punto di congelamento e un punto di ebollizione diversi. Se gli oggetti rilasciano calore, il processo che si verifica è l'opposto di quello descritto sopra.
1. Il calore latente di fusione (L F )
Il calore latente di fusione è la quantità di calore assorbita da 1 kg di un oggetto per cambiarne lo stato di fase da solido a liquido, oppure il calore rilasciato da 1 kg di un oggetto per cambiarne lo stato di fase da liquido a solido. La formula per determinare la quantità di calore assorbita (o rilasciata) per cambiare lo stato di fase di un oggetto da solido a liquido (o da liquido a solido) è la seguente:
Q = m L F
Descrizione: Q = calore assorbito o rilasciato, m = massa dell'oggetto, L F = calore di fusione
2. Il calore di vaporizzazione ( LV )
Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di calore assorbita da 1 kg di un oggetto per passare dallo stato liquido a quello gassoso, oppure il calore rilasciato da 1 kg di un oggetto per passare dallo stato gassoso a quello liquido. La formula per determinare la quantità di calore assorbita (o rilasciata) per convertire un oggetto dallo stato liquido a quello gassoso (o viceversa) è la seguente:
Q = m L V
Descrizione: Q = calore assorbito o rilasciato, m = massa dell'oggetto, L V = calore di vaporizzazione
Il calore di fusione e il calore di vaporizzazione sono detti calore latente.
Calore specifico (c)
Il calore specifico (c) è la quantità di calore (Q) necessaria per aumentare di un grado la temperatura (T) di un'unità di massa (m) di un oggetto. L'equazione del calore specifico è la seguente:
L'unità di misura del calore specifico nel Sistema Internazionale è J/kg K.
Il calore specifico di un oggetto varia con la temperatura. Se la variazione di temperatura non è eccessiva, il calore può essere considerato costante.
Di seguito è riportato il calore generato da diversi oggetti a una pressione di 1 atm e a una temperatura di 20 ° C (ottenuto tramite esperimenti).
Capacità termica (C)
Capacità termica (C) = la quantità di calore necessaria per aumentare di un grado la temperatura di tutti gli oggetti. L'equazione della capacità termica è la seguente:
C = mc
Descrizione: C = capacità termica, m = massa, c = calore specifico dell'oggetto.
