Calore specifico: cos'è, formula ed esercizi

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Il calore specifico (c) è una grandezza fisica che è correlata alla quantità di calore che produce una variazione termica, essendo una caratteristica di ciascun materiale.

In questo modo determina la quantità di calore necessaria per la variazione di 1°C di 1g della sostanza.

Tabella calore specifico

Ricorda che ogni sostanza ha un calore specifico. Controlla di seguito una tabella con 15 sostanze e i valori di calore specifico di ciascuna.

Sostanza	Calore Specifico (cal/g.ºC)
acqua	1 cal/g.°C
Alcol etilico	0,58 cal/g°C
Alluminio	0,22 cal/g°C
Aria	0,24 cal/g°C
Sabbia	0,2 cal/g°C
Carbonio	0,12 cal/g.°C
Condurre	0,03 cal/g.°C
Rame	0,09 cal/g°C
Ferro	0,11 cal/g°C
Ghiaccio	0,50 cal/g°C
Idrogeno	3,4 cal/g°C
legna	0,42 cal/g°C
Azoto	0,25 cal/g°C
Ossigeno	0,22 cal/g°C
Bicchiere	0,16 cal/g°C

Secondo i dati della tabella, l'acqua ha un calore specifico di 1 cal/g.ºC. Ciò significa che l'energia di 1 lime è necessaria per una variazione di 1 °C in 1 g di acqua.

Formula del calore specifico

Per calcolare il calore specifico delle sostanze, viene utilizzata la seguente formula:

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c = Q/m. T o c = C/m

Dove,

ç: calore specifico (cal/g°C o J/Kg. K)
Q: quantità di calore (calce o J)
m: massa (g o kg)
T: variazione di temperatura (°C o K)
Ç: capacità termica (cal/°C o J/K)

Nel Sistema Internazionale (SI), il calore specifico è misurato in J/Kg. K (Joule per chilogrammo e per Kelvin). Tuttavia, è molto comune essere misurati in cal/g°C (calorie per grammo e per grado Celsius).

1 cal = 4,186 J

Calore molare specifico

Il calore specifico molare, detto anche capacità termica molare, è determinato dal rapporto tra la capacità termica e il numero di moli presenti.

Quindi, quando la capacità termica di una sostanza viene data a una mole di quella sostanza, si parla di calore specifico molare.

Calore specifico e capacità termica

Un altro concetto legato al calore specifico è quello di capacità termica (Ç).

Questa grandezza fisica è determinata dalla quantità di calore fornita a un corpo e dalla variazione di temperatura subita da esso.

Può essere calcolato con la seguente formula:

C = Q/ΔT

Dove,

Ç: capacità termica (cal/°C o J/K)
Q: quantità di calore (calce o J)
T: variazione di temperatura (°C o K)

Esempio: se un corpo riceve 100 cal e la sua temperatura varia di 25°C, la sua capacità termica è di 4 cal/°C perché

C = Q/ΔT
C = 100 cal / 25 °C
C = 4 cal/°C

Ciò significa che per variare di 1°C dalla sua temperatura, il corpo ha bisogno di ricevere 4 cal.

Capacità termica e calore specifico sono legati attraverso la formula:

c = C/m

Dove,

Ç: capacità termica (cal/°C o J/K)
m: massa (g o kg)
ç: calore specifico (cal/g°C o J/Kg. K)

Se nell'esempio usato sopra il corpo ha una massa di 10 grammi, allora il suo calore specifico è 0,4 cal/g.ºC, perché

c = C/m
c = 4 cal/°C / 10 g
c = 0,4 cal/g.°C

Pertanto, 1 grammo della sostanza necessita di 0,4 cal per variare di 1 °C dalla sua temperatura.

Calore latente e calore sensibile

Oltre al calore specifico, esistono altre forme di calore, tra le quali spiccano:

Calore latente (L): corrisponde alla quantità di calore ricevuta o ceduta da un corpo. In questo caso, la tua temperatura rimane la stessa mentre cambia il tuo stato fisico.

Nel Sistema Internazionale (SI), il calore latente viene misurato in J/Kg (Joule per chilogrammo), tuttavia può essere misurato in cal/g (calorie per grammo). Si calcola con la seguente formula:

Q = m. l

Dove,

Q: quantità di calore (calce o J)
m: massa (g o kg)
l: calore latente (cal/g o J/Kg)

Nota: A differenza del calore specifico, il latente non dipende dalla temperatura. Questo perché quando si verificano cambiamenti di stato, la temperatura non varia. Ad esempio, un cubetto di ghiaccio che si scioglie, la temperatura dell'acqua allo stato solido e liquido è la stessa.

Calore sensibile: corrisponde alla variazione di temperatura di un corpo, ad esempio, quando riscaldiamo una barra di metallo. In questo esperimento, la temperatura del metallo aumenta, tuttavia, il suo stato fisico (solido) non cambia.

Si calcola con la seguente formula:

Q = m. ç. Δθ

Q: quantità di calore sensibile (calce o J)
m: massa corporea (g o kg)
ç: calore specifico della sostanza (cal/g°C o J/Kg°C)
Δθ: variazione di temperatura (°C o K)

Esercizi per l'esame di ammissione con feedback

domanda 1

(Mackenzie) In una mattina di cielo azzurro, un bagnante sulla spiaggia osserva che la sabbia è molto calda e l'acqua del mare è molto fredda. Di notte, questo stesso bagnante osserva che la sabbia della spiaggia è soffice e l'acqua del mare è calda. Il fenomeno osservato è dovuto al fatto che:

a) la densità dell'acqua di mare è inferiore a quella della sabbia.
b) il calore specifico della sabbia è inferiore al calore specifico dell'acqua.
c) il coefficiente di dilatazione termica dell'acqua è maggiore del coefficiente di dilatazione termica della sabbia.
d) il calore contenuto nella sabbia, di notte, si diffonde all'acqua di mare.
e) l'agitazione dell'acqua di mare ne rallenta il raffreddamento.

Vedi risposta

Alternativa corretta: b) il calore specifico della sabbia è inferiore al calore specifico dell'acqua.

Il valore del calore specifico dipende dalla sostanza che compone il corpo. In questo caso l'acqua ha un calore specifico più elevato della sabbia e, quindi, è necessaria una quantità di calore maggiore per variare la temperatura di 1 grammo di acqua rispetto a 1 grammo di sabbia.

Domanda 2

(UFPR) Per riscaldare 500 g di una certa sostanza da 20°C a 70°C erano necessarie 4000 calorie. La capacità termica e il calore specifico sono rispettivamente:

a) 8 cal/°C e 0,08 cal/g.°C
b) 80 cal/°C e 0,16 cal/g. °C
c) 90 cal/°C e 0,09 cal/g. °C
d) 95 cal/°C e 0,15 cal/g. °C
e) 120 cal/ºC e 0,12 cal/g. °C

Vedi risposta

Alternativa corretta: b) 80 cal/ºC e 0,16 cal/g. °C

La capacità termica è calcolata utilizzando la formula C = Q/Δθ ed è correlata matematicamente al calore specifico da C = m.c

Sostituendo i dati dell'istruzione nelle formule, abbiamo:

dritto C spazio uguale allo spazio numeratore dritto Q sopra il denominatore incremento dritto theta fine della frazione spazio uguale al numeratore 4000 spazio sopra il denominatore 70 spazio meno lo spazio 20 fine di frazione uguale a spazio numeratore 4000 cal spazio sopra denominatore 50 spazio º dritto C fine frazione uguale a 80 cal spazio diviso per º dritto C dritto C spazio uguale a rettilineo spazio m spazio. spazio dritto c spazio doppia freccia a destra dritto c spazio uguale allo spazio dritto C su dritto m uguale al numeratore 80 spazio cal diviso per º dritto C sul denominatore 500 dritto spazio g fine frazione uguale a 0 comma 16 cal spazio diviso per dritto g spazio º C. dritto

Domanda 3

(UFU) 240 g di acqua (calore specifico pari a 1 cal/g°C) vengono riscaldati assorbendo 200 W di potenza sotto forma di calore. Considerando 1 cal = 4 J, l'intervallo di tempo necessario perché questa quantità d'acqua vari la sua temperatura di 50 °C sarà?

a) 1 minuto
b) 3 minuti
c) 2 minuti
d) 4 minuti

Vedi risposta

Alternativa corretta: d) 4 min

1° passo: calcolare la quantità di calore