CONCETTO DI CALORE

Materie:Riassunto
Categoria:Fisica

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Testo

SVILUPPO STORICO DEL CONCETTO DI CALORE

antichità
Calore = fuoco
Platone
Le sensazioni termiche sono provocate quando la fiamma penetra la materia (distingue il calore e il fuoco)
Aristotele
Il calore è generato dall’eccitazione dell’etere da parte del sole e del fuoco
1600
Boyle, Bernoulli, Bacone avevano messo in discussione le idee dei filosofi greci
Inizia una ricerca scientifica nel tentativo di scoprire i rapporti di dipendenza tra i fenomeni termici e il comportamento della materia, al fine di strutturare una scala qualitativa del caldo e del freddo.
Seconda metà ‘700

Nuove conoscenze e studi

Esigenze energetiche nate dalla rivoluzione industriale e collegate con la forza motrice prodotta dal calore
Black
medico inglese che si occupava di chimica e fisica
Introduzione del calore specifico
Distinzione tra concetto di temperatura (grandezza misurata dal termometro) e concetto di quantità di calore, inteso come grandezza fisica misurabile, distinta dalla temperatura anche se con essa correlata.
1760 evidenza come ogni sostanza presenti un proprio “potere calorico”. Osserva che quantità uguali di sostanze diverse variano in modo diverso la loro temperatura, anche se riscaldate con la stessa quantità di calore: la quantità di calore necessaria per aumentare di un dato intervallo la temperatura di una determinata massa dipende dalla natura “specifica” della sostanza considerata.
Concetto di calore latente (nei cambiamenti di fase il calore si estrinseca con un mutamento dello stato di aggregazione e non con una variazione di temperatura)
Laplace e Lavoisier
Studio della natura del calore
Prévost
Ipotesi sul modello corpuscolare delle radiazioni
Watt
Ricerca tecnologica sulla macchina a vapore
Lavoisier e accademici francesi
Introduzione del calorico (calorique): fluido elastico, imponderabile e indistruttibile, capace di penetrare nella materia quando viene scaldata e di uscirne quando il corpo veniva raffreddato.
Benjamin Thompson
(Conte di Rumford)
Verso la fine del ‘700, nell’articolo Inquiry concerning the Source of Heat which is excited by Friction dice che “una cosa che un sistema isolato è in grado di produrre in misura illimitata per mezzo del movimento non può essere una sostanza preventivamente immagazzinata, bensì una forma di movimento interno e quindi tutti i fenomeni del calore sono da ritenersi fenomeni di moto”.
1840
Il calore diviene ufficialmente una forma di energia.
Mayer, Colding e soprattutto Carnet, Joule e Clausius
Mettono in evidenza che il calore non è una sostanza più o meno misteriosa, ma rappresenta una delle tante forme di energia.
DEFINIZIONE OPERATIVA DELLO STATO TERMICO: TEMPERATURA

Termometria e calorimetria: studio del calore e degli scambi termici.
Temperatura: grandezza intensiva utilizzata per definire lo stato termico di un corpo.
(Numero associato allo stato termico di un corpo, che permette di valutare quantitativamente il calore)
Proprietà dei corpi che dipendono dalla temperatura:
• Volume di un liquido
• Pressione di un gas mantenuto a volume costante
• Resistenza elettrica
• Lunghezza di una sbarra
• Colore della luce emessa dai corpi incandescenti
Equilibrio termico: se due corpi a diverso stato termico e quindi a temperatura diversa vengono posti a contatto, in assenza di reazioni chimiche e di cambiamenti di fase, i due corpi raggiungono, dopo un certo intervallo di tempo, uno stato di equilibrio.
Principio zero della termodinamica: se due corpi sono in equilibrio termico con un terzo, essi sono in sono in equilibrio termico fra di loro.

MISURA DELLA TEMPERATURA MEDIANTE UN TERMOMETRO A LIQUIDO

Il termometro a liquido è costituito da un bulbo di vetro contenente il liquido, direttamente connesso con un bulbo capillare che viene chiuso all’altro estremo dopo aver estratto l’aria. Il volume V del liquido, e anche la lunghezza l della colonna liquida del capillare, variano al variare della temperatura t a cui si trova lo strumento. L’altezza l del mercurio nel capillare è una proprietà fisica che varia al variare della temperatura.
Proprietà termometrica: altezza l del mercurio nel capillare.
Punti fissi: ghiaccio fondente e vapori di acqua bollente, alla pressione di 1 atm.
Principi del termometro:

Scale termometriche:
• Equilibrio termico
• Dilatazione termica
scala Celsius
1750
Fusione a 0°C ebollizione a 100°C intervallo diviso in 100 parti uguali
scala Kelvin (assoluta)
1800
Fusione a 273,15°K ebollizione a 373,15°K intervallo diviso in 100 parti uguali
scala Réaumur
Fusione a 0°R ebollizione 80°R intervallo diviso in 80 parti uguali
scala Fahrenheit
Fusione a 32°F ebollizione a 212°F intervallo diviso in 180 parti uguali
MISURA DELLA TEMPERATURA MEDIANTE UN TERMOMETRO A GAS

Gas perfetti: gas molto rarefatti e lontani dalle condizioni di liquefazione che, vengono mantenuti, per esempio, a pressione costante sono caratterizzati dallo stesso mutamento di volume al variare della temperatura.

DILATAZIONE TERMICA DEI CORPI SOLIDI

• LINEARE
ΔL = L – L0
ΔL= λ L0 T L = L0 + ΔL = L0 + L0 λ Δt = L0 ( 1 + λ t )
L = L0 ( 1 + λ t )
λ = ΔL / (L0 t) = coefficiente di dilatazione lineare (esprime numericamente l’allungamento subito da una sbarra di lunghezza unitaria per ogni incremento di un grado di temperatura e si misura in °K-1 ).
• SUPERFICIALE
• VOLUMETRICA
ΔV = α V0 t
ΔV = V0 ( 1 + α t )
α = 3 λ = coefficiente di dilatazione cubica (rappresenta l’aumento di volume unitario del solido per il riscaldamento di un grado)

DILATAZIONE TERMICA DEI CORPI LIQUIDI

ΔV = V0 ( 1 + α t )
α = coefficiente di dilatazione cubica dei liquidi
acqua: con l’aumentare della temperatura da 0°C a 4°C subisce una diminuzione di volume, mentre al di sopra di 4°C si dilata come gli altri liquidi.

IL CALORE E LA SUA MISURA
Calore: forma di energia in transito da una sostanza ad un’altra a causa di una differenza di temperatura.

nel S.I.
J
J = W * S
non S.I.
KWh
KWh = 103 W*3,6*103 s = 3,6*106 Ws = 3,6*106 J
cal
quantità di calore che è necessario fornire a un grammo di acqua per alzare la sua temperatura da 14,5 a 15,5 °C
cal = 4,186 J
Kcal o Cal
Quantità di calore che è necessario fornire a un kg di acqua per alzare la sua temperatura da 14,5 a 15,5 °C
Kcal = 103 cal = 4186 J
Calorimetro: dispositivo utilizzato per determinare il calore ceduto o assorbito in un processo chimico o fisico e per valutare il calore specifico e il potere calorifico di alcune sostanze.

IL CALORE SPECIFICO

• La quantità di calore ceduta da un corpo aumenta all’aumentare della sua temperatura
• Due corpi della stessa sostanza mantenuti alla stessa temperatura cedono due diverse quantità di calore se hanno massa diversa: in particolare ne cede di più quello di massa maggiore
• A parità di condizioni, la quantità di calore ceduta da un corpo dipende dalla natura del corpo
Q = m c Δt esprime la quantità di calore ceduta o assorbita da un corpo nel raffreddarsi o riscaldarsi (aumento o diminuzione di
temperatura, indipendentemente dal calore fornito o sottratto)
c = Q/(mΔt) ( J/kg°C ) intensiva
Σ = c*m ( J/°C) estensiva capacità termica
Calore specifico: quantità di energia che occorre fornire ad un kg di sostanza per alzare la sua temperatura di 1°C.
Il calore specifico di una sostanza è una caratteristica costante della natura della sostanza.
Il calore specifico dell’acqua corrisponde con la definizione di caloria, e vale 4186 J/kg°C.
Capacità termica: caratteristica del corpo considerato e rappresenta la quantità di calore necessaria per elevare di un grado centigrado la temperatura del corpo in esame.

Esempio



  


  1. CATY

    UN BUON RIASSUNTO. LO CONSIGLIO!