Definizione di Calore Specifico

Evelyn Maitée Marin
Ingegnere Industriale, Master in Fisica e EdD

Il calore specifico (c) è definito come la quantità di energia richiesta in funzione dell'aumento di temperatura di un'unità di massa di sostanza in un'unità di temperatura. È anche noto come capacità termica o capacità termica specifica.

È una grandezza fisica che dipende dallo stato della materia, poiché il calore specifico di una sostanza allo stato liquido non è uguale a quello della stessa sostanza allo stato gassoso. Allo stesso modo, le condizioni di pressione e temperatura in cui si trova il materiale ne influenzano il calore specifico. Fondamentalmente, è una proprietà intensiva della materia che si riferisce alla capacità termica di a sostanza, in quanto fornisce un valore della sensibilità termica di un materiale all'aggiunta di energia.

Lo sapevate…? Il termine calore specifico è nato nel momento in cui i rami della fisica meccanica e della termodinamica si sono evoluti in modo quasi indipendente; tuttavia, attualmente, un termine più appropriato per il calore specifico sarebbe trasferimento di energia specifica.

Se si versa del caffè caldo alla stessa temperatura in due bicchieri: uno di polistirolo (anime) e l'altro di alluminio e si tengono in mano entrambi i bicchieri, si percepirà che il bicchiere di L'alluminio è più caldo del polistirolo, il che implica che è necessario aggiungere più calore alla tazza di polistirolo in modo che la sua temperatura aumenti come quella della tazza di polistirolo. alluminio.

specifica formula termica

Se Q è la quantità di energia scambiata tra una sostanza di massa m e il suo ambiente, provocando una variazione di temperatura ΔT (Tf – Ti), si ha:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

dove c è il calore specifico.

Da questa espressione si deduce che le unità di calore specifico saranno:

• Nel Sistema Internazionale, il calore specifico c = (J/kg. K)
• Nel sistema inglese, c = (BTU/lb-m.ºF)
• In altri sistemi, è anche comune esprimere c = (Cal/g.ºC)

D'altra parte, si può anche osservare che maggiore è il calore specifico di una sostanza, minore è la sua variazione di temperatura per una data quantità di energia fornita. Per questo motivo, se vuoi un materiale che si riscaldi facilmente, dovresti sceglierne uno che abbia un calore specifico basso.

Nota: è importante chiarire che il calore specifico si riferisce alla quantità di energia a aumentare la temperatura, essendo il calore una particolare forma di trasferimento di energia, ma non il soltanto. Ad esempio, puoi aumentare la temperatura di una sostanza eseguendo un lavoro meccanico su di essa.

Esempi di calore specifico nei materiali

In condizioni di laboratorio controllate, è stato possibile determinare il calore specifico di un'ampia varietà di sostanze, che consente il confronto e la selezione dei materiali in base all'applicazione particolare. La tabella seguente è un esempio dei calori specifici per alcuni materiali (a pressione atmosferica e 25 ºC):
Sostanza c (J/kg. K) c (Cal/gr. ºC)
Acqua (15ºC) 4186 1
Alcool etilico 2438 0,582
Sabbia 780 0.186
Rame 385 0,091
Ghiaccio (-10 ºC) 2220 0,530
Ossigeno 918 0,219
Perossido di idrogeno (H2O2) 2619 0,625
Vetro 792 0,189
Alluminio 897 0,214
Legno 170 0.406
Olio d'oliva 1675 0,400
Mattone refrattario 879 0,210

Nota: come si può vedere, l'acqua è una delle sostanze con il più alto calore specifico, il che ribadisce l'importanza di questo liquido per la regolazione della temperatura del nostro pianeta.

Esempio 1: Quanta energia deve essere trasferita a una massa d'acqua di 2 kg per aumentare la sua temperatura da 15 ºC a 90 ºC?

Soluzione: Dalla tabella precedente si ricava che il calore specifico dell'acqua pura è 1 Cal/g.ºC, per cui da questo valore e dai dati forniti si può azzerare l'energia Q:

La quantità di calore è:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Ciò implica che sono necessarie 150.000 calorie per aumentare la temperatura di 2 kg di acqua (2000 g) da 15ºC a 90ºC.

Esempio 2: Quale sarà la temperatura finale di una barra di alluminio di 1 kg che viene riscaldata in un becco Bunsen da una temperatura di 25 ºC applicando 4000 joule di energia?

Soluzione: Dalla tabella dei calori specifici si può ricavare il valore di questa variabile per l'alluminio, dove c = 897 J/kg. K.

Nel caso della temperatura, 25 ºC vengono trasformati in una scala Kelvin assoluta aggiungendo 273,15 unità, in modo che la temperatura iniziale della barra sia 298,15 K.

Azzerando la temperatura finale dall'espressione del calore specifico si ha:

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\left( {897\;J/kg \cdot K} \destra)\sinistra( {1\;kg} \destra)}} + 298,15\;K = 302,61\;K\)

La temperatura finale della barra di alluminio sarà di 302,61 K o 29,46 ºC.

Nota: la conoscenza e l'interpretazione del calore specifico delle sostanze è molto utile quando si vuole selezionare il materiale più idoneo per un determinato utilizzo. Ad esempio, nella meccanica automobilistica, molti dei componenti che compongono i meccanismi del veicolo, sarà sottoposto a temperature elevate, quindi è auspicabile che, una volta riscaldato, il materiale non si affatichi sollievo.