calore specifico è l'importo di calore necessario per poter variare di 1 °C la temperatura di una sostanza o di un materiale. È proporzionale alla quantità di calore ricevuta o donata dalla sostanza e può essere calcolata utilizzando una formula che coinvolge calore, massa e temperatura.
Saperne di più: Zero assoluto: la temperatura teorica più bassa che un corpo può raggiungere
Argomenti in questo articolo
- 1 - Riepilogo sul calore specifico
- 2 - Cos'è il calore specifico?
- 3 - Tavola termica specifica
- 4 - Formula termica specifica
- 5 - Come calcolare il calore specifico?
- 6 - Fattori che influenzano il calore specifico
- 7 - Calore specifico e capacità termica
- 8 - Calore specifico molare
-
9 - Calore latente e calore sensibile
- → calore latente
- → Calore sensibile
- 10 - Esercizi risolti su calore specifico
Riepilogo calore specifico
Il calore specifico è la quantità di calore necessaria per modificare la temperatura di una sostanza o materiale di 1 °C.
Alcuni fattori che influenzano il calore specifico sono: forze intermolecolari, impurità nelle sostanze, massa molare e gradi di libertà.
Il calore specifico può essere trovato attraverso il rapporto tra la capacità termica e la massa della sostanza.
Il calore specifico molare è la quantità di calore per mole di sostanza necessaria per modificare la temperatura di una sostanza di 1°C.
Il calore latente è il calore necessario per modificare lo stato fisico di una sostanza senza aumentarne la temperatura.
Il calore sensibile è il calore necessario per modificare la temperatura di una sostanza senza modificarne lo stato fisico.
Non fermarti ora... C'è altro dopo l'annuncio ;)
Cos'è il calore specifico?
il calore specifico è la quantità di Energia termica fornito a una sostanza in modo che la sua temperatura vari di 1 °C. Tutti i liquidi, solidi e gas hanno per loro un calore specifico che ne caratterizza il comportamento quando sono sottoposti ad una fonte di calore.
questo caldo è proporzionale a quella fornita dalla sostanza, quindi se aumentiamo il calore specifico, aumenterà anche la quantità di calore necessaria alla sostanza per cambiare la sua temperatura.
Ad esempio, il calore specifico di l'alluminio viene da \(0,215\ cal/g\bullet°C\), mentre quello dell'acqua lo è \(1\cal/g\bullet°C\), il che significa che l'acqua ha bisogno di ricevere più calore dell'alluminio per aumentare la sua temperatura. Anche l'acqua perderà calore più facilmente dell'alluminio.
Tavola termica specifica
Il calore specifico indica il calore preciso per cui una sostanza varia di 1 °C e può subire un aumento o una diminuzione della sua temperatura. Nella tabella sottostante, possiamo vedere i valori termici specifici di varie sostanze e materiali.
sostanza o materiale |
calore specifico (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Acciaio |
0,1 |
acqua dolce |
1 |
Acqua salata |
0,93 |
Alcol etilico |
0,58 |
Alluminio |
0,215 |
Aria |
0,24 |
Sabbia |
0,2 |
Carbonio |
0,12 |
Guida |
0,0305 |
Rame |
0,0923 |
etanolo |
0,58 |
Ferro da stiro |
0,11 |
Ghiaccio (-10°C) |
0,53 |
Granito |
0,19 |
Idrogeno |
3,4 |
Ottone |
0,092 |
Legna |
0,42 |
Mercurio |
0,033 |
Azoto |
0,25 |
Oro |
0,03 |
Ossigeno |
0,22 |
D'argento |
0,0564 |
Tungsteno |
0,0321 |
Bicchiere |
0,2 |
Formula specifica per il calore
Possiamo calcolare il calore specifico utilizzando la formula per la quantità di calore, rappresentata di seguito:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
c → calore specifico, misurato in \([J/(kg\proiettile K)]\) o \([cal/g\bullet°C]\).
Q → quantità di calore, misurata in Joule [J] o calorie [cal].
m → massa, misurata in chilogrammo [kg] o grammo [g].
\(∆T \) → variazione di temperatura, misurata in Kelvin [K] o Celsius [°C].
IL variazione di temperatura può essere calcolato utilizzando la seguente formula:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → variazione di temperatura, misurata in Kelvin [K] o Celsius [°C].
\(T_f \) → temperatura finale, misurata in Kelvin [K] o Celsius [°C].
\(Voi\) → temperatura iniziale, misurata in Kelvin [K] o Celsius [°C].
Importante: Sebbene le quantità di cui sopra siano misurate in Joule, chilogrammo e Kelvin nel Sistema internazionale di unità (SÌ), è più comune utilizzare calorie, grammi e gradi Celsius. È possibile convertire le calorie in Joule, considerando che 1 cal equivale a 4.186 J.
Per convertire i grammi in chilogrammi, basti ricordare che 1 g equivale a 0,001 kg. Inoltre, per trasformare Celsius in Kelvin, basta aggiungere alla temperatura di Celsius il valore di 273,15, ovvero 100 °C = 373,15 K.
Come calcolare il calore specifico?
Il calore specifico può essere calcolato utilizzando la formula che lo mette in relazione con la quantità di calore, massa e temperatura della sostanza o del materiale.
Esempio:
Qual è il calore specifico di un oggetto con una massa di 100 g che ha ricevuto 1000 cal e la sua temperatura è stata variata di 15 °C fino a raggiungere i 35 °C?
Risoluzione:
come tutti unità di misura sono nella loro forma più comune, non c'è bisogno di conversione. Useremo la formula per il calore specifico, che coinvolge calore, massa e temperatura:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Sostituendo i valori riportati nella dichiarazione, abbiamo:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Pertanto, il calore specifico dell'oggetto è\(0,5\cal/g\bullet°C\).
Fattori che influenzano il calore specifico
Ci sono alcuni fattori che possono influenzare le variazioni di calore specifiche. Vedi sotto.
forze intermolecolari: Il calore specifico varia in proporzione alla forza intermolecolare della molecola e maggiore è il legame, maggiore è l'energia necessaria per romperlo. Tipicamente, le molecole contenenti legami idrogeno sono quelle che contengono valori elevati di calore specifico.
Impurità: Il calore specifico può variare con la quantità di impurità nel materiale, anche se queste impurità sono necessarie per la formazione del materiale.
Massa molare: Il calore specifico può variare anche in funzione della massa molare della sostanza.
Gradi di libertà: Il calore specifico molare, come abbiamo studiato Termodinamica, varia in base ai gradi di libertà di una molecola. In breve, è la libertà di movimento di una molecola e può avere movimenti di traslazione, rotazione e oscillazione.
Calore specifico e capacità termica
Detta anche capacità termica, la capacità termica è una costante di proporzionalità che mette in relazione il calore ricevuto o perso da un corpo alla sua variazione di temperatura. È possibile calcolare il calore specifico attraverso la capacità termica e la massa della sostanza o materiale con la formula:
\(c=\frac{C}{m}\)
c → calore specifico, misurato in \([J/kg\proiettile K]\) o \([cal/g\bullet°C]\).
C → capacità termica, misurata in \([J/K]\) o \([cal/°C]\).
m → massa, misurata in chilogrammo [kg] o grammo [g].
Sappi anche che: Espansione termica dei solidi — il fenomeno risultante dall'aumento della temperatura di un corpo
calore specifico molare
Il calore specifico molare esprime la quantità di calore specifico di una sostanza in Talpa, a differenza del calore specifico, dove la quantità di sostanza è espressa in chilogrammi. Poiché lavoriamo con molecole la cui dimensione è minuscola, è più vantaggioso esprimere la loro quantità in moli che in chilogrammi o altre unità.
\(1\ mol=6.02\volte{10}^{23}\ unità\ elementari\ di\ qualsiasi\ sostanza\)
Ad esempio, 1 mole di alluminio equivale a \(6.02\volte{10}^{23}\) atomi di alluminio.
La formula per calcolare il calore specifico molare è la stessa utilizzata per calcolare il calore specifico, ma differiscono nell'unità di misura — per il calore specifico molare, utilizzare \(cal/mol\bullet°C\).
Calore latente e calore sensibile
Il calore può essere classificato come latente o sensibile. Vedi sotto.
→ Calore latente
o Calore latente è quella necessaria per modificare lo stato fisico di una sostanza senza aumentarne la temperatura. Può essere calcolato con la formula:
\(Q=m\pallottola L\)
Q → quantità di calore, misurata in Joule [J] o calorie [cal] .
m → massa, misurata in chilogrammo [kg] o grammo [g] .
l → calore latente, misurato in \([J/kg]\) o \([cal/g]\).
→ calore sensibile
Il calore sensibile è il calore necessario per modificare la temperatura di una sostanza senza modificarne lo stato fisico. Può essere calcolato con la formula:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
Q → quantità di calore, misurata in Joule [J] o calorie [cal] .
m → massa, misurata in chilogrammo [kg] o grammo [g].
c → calore specifico, misurato in \([J/(kg\proiettile K)]\) o \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → variazione di temperatura, misurata in Kelvin [K] o Celsius [°C].
Risolti esercizi su calore specifico
domanda 1
(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 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C e 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C e 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C e 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C e 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Risoluzione:
Alternativa B
Troveremo il valore della capacità termica utilizzando la formula:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Infine, calcoleremo il valore del calore specifico:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\punto elenco c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
Domanda 2
(PUC-RS) Un corpo omogeneo A, di massa 200 g, cambia la sua temperatura da 20 °C a 50 °C ricevendo 1200 calorie da una fonte termica. Durante tutto il riscaldamento, il corpo A rimane in fase solida. Un altro corpo omogeneo B, costituito dalla stessa sostanza del corpo A, ha il doppio della sua massa. Qual è, in cal/g°C, il calore specifico della sostanza di B?
A) 0.1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1.6
Risoluzione:
Alternativa B
Calcoleremo il calore specifico del materiale A usando la formula del calore sensibile:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\punto elenco c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ cal/g°C\)
Il calore specifico del corpo B avrà lo stesso valore del calore specifico del corpo A, poiché sono costituiti dalla stessa sostanza.
Di Pâmella Raphaella Melo
Insegnante di fisica
