Negli studi relativi ai cambiamenti di fase delle sostanze, vediamo che è possibile realizzare questo cambiamento fornendo o prelevando energia termica. Gli esempi più semplici di questo evento sono i cambiamenti di stato da solido a liquido, da liquido a gas o viceversa. Ad esempio, se riscaldiamo un pezzo di ghiaccio, cioè se gli diamo calore, vedremo che si scioglie (o si scioglie).
Pertanto, possiamo dire che cambiamento di stato è una riorganizzazione interna degli atomi (o molecole) di una sostanza, che provoca cambiamenti significativi nelle sue proprietà.
Curve di riscaldamento e raffreddamento: cosa succede durante una transizione di fase.
Le curve di riscaldamento o raffreddamento mostrano la variazione di temperatura nel tempo quando l'oggetto perde o guadagna energia.
Consideriamo una quantità di 1kg di ghiaccio con una temperatura iniziale di -20°C (punto A nella figura sopra) e che riceve una velocità di riscaldamento costante di 1000 watt, cioè 1000 J/s.
Dopo aver ricevuto questa energia, le molecole d'acqua che sono organizzate come un solido iniziano a oscillare ciascuna più veloce, provocando un aumento lineare della temperatura, che è determinato dall'equazione: Q = m.c.Δt.
Non fermarti ora... C'è dell'altro dopo la pubblicità ;)
Ciò avviene fino al momento in cui il ghiaccio raggiunge la temperatura di 0°C, punto B del grafico, quando l'oscillazione delle molecole è tale che i legami tra di esse iniziano a rompersi. A questo punto il ghiaccio inizia a sciogliersi e tutta l'energia fornita viene utilizzata per rompere i legami che tengono solida la struttura.
Per questo motivo la temperatura rimane costante fino allo scioglimento di tutto il ghiaccio, anche se l'energia viene continuamente fornita. L'energia fornita durante la transizione si ricava dall'espressione Q = m. l.
Dal momento in cui il ghiaccio è completamente sciolto (punto C), la temperatura dell'acqua aumenta costantemente. Le sue molecole vibrano più velocemente fino a raggiungere la temperatura di ebollizione (punto D).
Il calore ricevuto da quel momento in poi verrà utilizzato per vaporizzare l'acqua, che rimane a temperatura costante fino alla completa evaporazione del liquido (punto E). Tutta l'energia ricevuta da quel punto verrà utilizzata per riscaldare il vapore.
La costruzione di grafici di questo tipo, da dati sperimentali, permette di determinare con precisione le temperature di transizione e i valori di calore specifico e calore latente.
di Domitiano Marchesi
Laureato in Fisica
Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. “Curve di riscaldamento e raffrescamento”; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/curvas-aquecimento-resfriamento.htm. Consultato il 27 giugno 2021.
