Quando studiamo i processi di transizione di fase, cioè i cambiamenti di fase di una sostanza, vediamo che perché ciò avvenga è necessario fornire o togliere calore alla sostanza in questione. Nella nostra vita quotidiana, possiamo osservare il cambiamento di fase dell'acqua che evapora da un indumento steso su uno stendibiancheria o da un cubetto di ghiaccio che si scioglie quando esposto all'ambiente.
Possiamo quindi definire la transizione di fase come la riorganizzazione interna delle molecole di una sostanza, provocando cambiamenti significativi nelle sue proprietà. A livello di richiamo sulle transizioni di fase, abbiamo:
da gas a liquido →condensa
liquido a gas →vaporizzazione
da liquido a solido → solidificazione
solido a liquido →fondere
solido a gas →sublimazione
da gas a solido →sublimazione
Abbiamo visto che i processi fisici che avvengono in sistemi chiusi conservano l'energia totale del sistema. Nei processi di transizione di fase, come la fusione e l'evaporazione, la temperatura rimane costante anche se viene fornito calore al sistema. Per capire dove sta andando questa energia, diamo un'occhiata a cosa sta succedendo al microscopio.
Possiamo associare un'energia potenziale per ogni particella di sostanza come l'energia necessaria per metterla in quella posizione. Se vogliamo cambiare la loro disposizione interna, dobbiamo fare qualche tipo di lavoro sulle particelle. Pertanto, possiamo associare un'energia potenziale alla disposizione degli atomi e delle molecole della sostanza.
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Quando viene fornito calore, gli atomi e le molecole tendono a vibrare più intensamente, aumentando la temperatura, che è una misura dell'energia cinetica media delle particelle. Durante il processo di fusione o vaporizzazione, la temperatura rimane costante, ma cambia la disposizione degli atomi e delle molecole.
L'energia potenziale di ciascuna cambia e la variazione di questa energia potenziale è il calore ceduto o sottratto alla sostanza.
La misura dell'energia spesa, per unità di massa, è il calore latente di fusione o vaporizzazione. Maggiore è il calore latente, maggiore è la variazione di energia potenziale dovuta alla modifica della disposizione atomica o molecolare di quella sostanza.
In questo modo si conserva l'energia totale nei processi di transizione di fase. L'energia fornita o prelevata viene trasformata in energia cinetica o in energia potenziale (riorganizzazione interna degli atomi).
di Domitiano Marchesi
Laureato in Fisica
Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Conservazione dell'energia nelle transizioni di fase"; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/conservacao-energia-nas-transicoes-fase.htm. Consultato il 27 giugno 2021.
