IL CALORE E I CAMBIAMENTI DI STATO
Si ha un passaggio di calore quando avviene una
trasformazione spontanea di energia da un corpo caldo
a un corpo più freddo
IL MULINELLO DI JOULE
Il fisico Joule verso la metà del 1800 fece un celebre esperimento.
Con il marchingegno in figura riscaldò l’acqua .
L’energia potenziale dei pesi attratti dalla
forza di gravità si trasforma in energia cinetica e questa si trasferisce alle pale che riscaldano l’acqua nel calorimetro.
Ripetendo più volte l’esperimento Joule riuscì a determinare l’equivalente meccanico della caloria.
Un lavoro di 4,186 J corrisponde ad 1 caloria.
CAPACITÀ TERMICA E CALORE SPECIFICO
La capacità termica di un corpo è l’energia necessaria per aumentare di 1K (o di 1°C) la sua temperatura
Il calore specifico di una sostanza è la quantità di energia necessaria per
aumentare di 1 K la temperatura di 1 kg di quella sostanza
�= � ∆ �
�=� �
IL CALORIMETRO
Il calorimetro è uno strumento utilizzato per misurare i
trasferimenti di calore: è un contenitore che assorbe poco calore e ben isolato termicamente
• Il calorimetro viene riempito d’acqua così un oggetto introdotto nel contenitore scambia calore con l’acqua, di massa mH2O e temperatura T H2O misurate in
precedenza.
• Di conseguenza la temperatura varia fino ad un valore di equilibrio Te.
• Con il termometro si calcola la variazione di T
dell’acqua di cui conosciamo il calore specifico grazie all’esperimento di joule.
• Così possiamo calcolare il calore scambiato ma anche il calore specifico del secondo oggetto risalendo al
materiale di cui è fatto
� 1�1 ( � �−� 1 ) + � 2 �2 ( � �−� 2 ) = 0
�
1+ �
2=0
�1�1 ( � �−� 1 ) + �2�2 ( � �−� 2 ) = 0
T
e:
c1=c2=c sostanze uguali
Nel caso in cui nel
calorimetro ci sia acqua:
c
2(calore specifico del 2 oggetto)=
IL POTERE CALORIFICO
Il potere calorifico misura quanto calore è prodotto nella
combustione completa di una massa unitaria di combustibile.
��= �
�
��= �
�
Anche per gli alimenti si parla di potere calorifico. Infatti nel corpo umano avvengono continuamente processi di combustione tra le
sostanze nutritive e l’ossigeno trasportato dal sangue
LA PROPAGAZIONE DEL CALORE
La propagazione del calore attraverso la materia è resa possibile da diversi processi:
• in un corpo solido avviene per conduzione;
• in un fluido avviene prevalentemente per convezione.
Nel vuoto invece la trasmissione del calore avviene per
irraggiamento.
LA CONDUZIONE
La conduzione è il meccanismo di propagazione del calore in cui si ha trasporto di energia senza spostamento di materia.
�
∆ � = �� ∆ �
�
Se prendiamo per esempio un lastra di vetro, la quantità di energia che la attraversa è:
• direttamente proporzionale alla superficie;
• direttamente proporzionale alla differenza di temperatura;
• inversamente proporzionale allo spessore del vetro.
LA CONVEZIONE
La convezione è un trasferimento di
energia con trasporto di materia, dovuto alle correnti che si producono nei fluidi e nei gas.
Consideriamo una pentola piena d’acqua posta sul fuoco. L’acqua sul fondo, più vicina alla sorgente di calore, si scalda e si dilata e diviene meno densa. A causa della spinta di Archimede tende a salire, creando una corrente convettiva
ascendente. L’acqua che sale è sostituita da altra acqua più fredda, che crea una corrente convettiva discendente. Così anche quest’acqua si avvicina alla
sorgente di calore e si scalda, per poi salire.
L’IRRAGGIAMENTO
Tutti i corpi emettono e assorbono radiazione elettromagnetiche, costituite da campi elettrici e magnetici oscillanti, che si propagano come onde
Nelle radiazioni elettromagnetiche ciò che oscilla non è un’entità materiale, ma è il campo elettrico unitamente al campo magnetico. L’insieme delle radiazioni elettromagnetiche è chiamato spettro elettromagnetico
L’IRRAGGIAMENTO
L’energia che un corpo emette ogni secondo sotto forma di onde elettromagnetiche dipende dalla sua temperatura
assoluta T e dall’area S della sua superficie. Ciò è espresso nella legge di Stefan-Boltzmann:
Dove z è la costante di Stefan-Boltzmann ha valore di :
•
Grazie all’irraggiamento l’energia emessa dal sole giunge fino alla terra. L’intensità della radiazione solare è pari a 1367 W/m2.
questo valore si chiama costante solare
PASSAGGI TRA STATI DI
AGGREGAZIONE
LA FUSIONE
Fusione: passaggio dallo stato solido allo stato liquido. La fusione avviene per assorbimento di calore.
Il solido assorbe calore: la sua temperatura sale fino alla temperatura di fusione Tf - inizia il
cambiamento di stato
Durante la fusione: il solido continua ad assorbire
calore, ma la temperatura resta costante al valore Tf
A fusione completata, se il corpo continua ad assorbire calore, la sua temperatura cresce
![[Pregnancy, CKD and solitary kidney: kidney donation between clinical logic and taboos]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)