il calore due ipotesi sulla natura del calore: e un fluido e una forma di energia
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IL CALORE
DUE IPOTESI SULLA NATURA DEL CALORE:
• E’ UN FLUIDO
• E’ UNA FORMA DI ENERGIA
IPOTESI SUL CALORE
COS’E’ IL CALORE?
Nell’antichità il fuoco era considerato uno dei quattro elementi base della natura
A partire dal diciassettesimo secolo si cominciò a indagare su basi scientifiche la natura del calore
IL CALORE COME FLUIDO
Nell’ipotesi del FLUIDO CALORICO il passaggio di calore da un corpo caldo ad uno freddo è spiegato come il livellamento di un fluido in due vasi comunicanti: la temperatura gioca lo stesso ruolo del livello
IL CALORE COME FLUIDO
Al contrario, la POMPA DI CALORE, per mezzo di un motore, porta il calore dall’esterno (più freddo) all’interno (più caldo) proprio come una pompa meccanica può svuotare una zona bassa allagata
RUMFORD
La teoria del fluido calorico fu però messa in crisi dalle osservazioni fatte alla fine del ‘700 da Benjamin Thompson, conte di Rumford
L’IPOTESI ENERGETICA
Egli notò che nella lisciatura dei cannoni si sviluppano enormi quantità di calore, apparentemente dal nulla: se il calore fosse un fluido non potrebbe essere creato dal nulla
L’IPOTESI ENERGETICA
Rumford mise in relazione il calore con l’energia meccanica spesa per lisciare il cannone.
ENERGIAMECCANICA
CALORE
L’IPOTESI ENERGETICA
L’ipotesi di Rumford è che il calore non sia altro che una TRASFORMAZIONE DELL’ENERGIA MECCANICA
ENERGIAMECCANICA
CALORE
JOULE
La teoria energetica del calore venne confermata da James Prescott Joule agli inizi dell’800 con una serie di esperimenti quantitativi
L’ESPERIENZA DI JOULE
Nel più famoso dei suoi esperimenti Joule misurò il calore sviluppato dall’attrito di una serie di palette poste in rotazione in un recipiente isolato pieno d’acqua
L’ESPERIENZA DI JOULE
Le pale sono azionate da un peso che viene fatto scendere da una altezza prestabilita
L’ESPERIENZA DI JOULE
Quando il peso arriva a terra la sua energia meccanica è completamente perduta: allo stesso tempo il termometro segnala un aumento di temperatura dell’acqua.
IL CALORE
Joule dimostrò che l’energia meccanica perduta dai pesi è sempre equivalente al calore generato nell’acqua.
LA NATURA DEL CALORE
Si afferma con Joule la moderna TEORIA ENERGETICA DEL CALORE, per la quale:
IL CALORE E’ UNA FORMA DI SCAMBIO DI ENERGIA, CHE SI ATTUA TRA DUE CORPI A DIVERSA TEMPERATURA POSTI A CONTATTO
EFFETTI DEL CALORE
Effetti del passaggio di calore tra un corpo e un altro:
• variazione di temperatura
• cambiamento di stato
• variazione in altri parametri fisici (pressione, volume ecc.)
UNITA’ DI MISURA
L’unità di misura del calore, così come di tutte le altre forme di energia, è il joule.
1 joule = 1 Newton X 1 metro
1 joule = 0,102 Kilogrammi X 1 metro
LA CALORIA
La CALORIA è un’unità di misura vecchia e non più in uso, almeno ufficialmente:
CALORIA: calore necessario per far aumentare la temperatura di un grammo di acqua distillata da 14,5 a 15,5 °C.
LA CALORIA
CONVERSIONE JOULE-CALORIE:
1 caloria = 4,186 joule
ALIMENTI
Potere energetico degli alimenti:
Pomodoro 17 Kcal/100gLatte intero 47Filetto 121Spaghetti 145Uovo 159Noci 667Oli vegetali 900
MISURA DEL CALORE
Per misurare il calore è necessario osservare i suoi effetti: il modo più semplice è osservare il riscaldamento di una massa nota d’acqua.
MISURA DEL CALORE
Poiché per ogni grammo d’acqua e per ogni grado di aumento di temperatura abbiamo un calore di una caloria, la formula da usare sarà:
• Q=calore
• m=massa d’acqua
• to temperatura iniziale, t finale
)()()( 0ttgrammimcalorieQ
CALORIMETRO
Per evitare dispersioni di calore l’acqua è contenuta in un recipiente isolato, detto CALORIMETRO
THERMOS
Il comune thermos da cucina è simile al calorimetro, solo che è privo degli apparati di misura
THERMOS
L’isolamento è ottenuto con una doppia intercapedine tra cui è stato fatto il vuoto.
L’argentatura serve a impedire l’irraggiamento del calore
CALORE E MATERIA
Gli effetti di riscaldamento prodotti dal calore variano moltissimo da corpo a corpo:
Il filamento di una lampadina raggiunge temperature elevatissime pur con pochissimo calore
CALORE E MATERIA
Viceversa, per intiepidire l’acqua per un bagno occorre una notevole quantità di calore.
CAPACITA’ TERMICA
Si dice CAPACITA’ TERMICA (C) di un corpo il rapporto tra il calore scambiato dal corpo e la variazione di temperatura del corpo stesso.
In formule:
t
QC
CAPACITA’ TERMICA
L’azione mitigatrice di mari e laghi è dovuta alla immensa capacità termica di questi: grazie ad essa possono liberare calore durante l’inverno e assorbirne durante l’estate variando di poco la temperatura
CAPACITA’ TERMICA
Al contrario le scintille che si liberano durante la molatura hanno una capacità termica piccolissima, quindi, pur essendo a temperature di migliaia di gradi, rilasciano una quantità di calore insignificante
CALORE SPECIFICO
La capacità termica dipende, ovviamente, dalla massa di un corpo, oltre che dal materiale di cui è fatto: maggiore è la massa, maggiore è la capacità termica, ovvero le due grandezze sono direttamente proporzionali.
IL RAPPORTO TRA CAPACITA’ TERMICA E MASSA SI DICE CALORE SPECIFICO (c)
m
Cc
CALORE SPECIFICO
La conoscenza dei calori specifici delle sostanze è molto importante, e non solo per motivi pratici: esso ci rivela importanti proprietà delle molecole di cui sono fatti i corpi.
Il calore specifico dell’acqua è:
KKgjcacqua /4186
EQUAZIONE DELLA CALORIMETRIA
Combinando insieme le due formule viste:
Si ottiene quella che è detta “equazione della calorimetria”
t
QC
tmcQ
m
Cc
EQUAZIONE DELLA CALORIMETRIA
Questa formula può servire per:
• calcolare il calore, conoscendo c, m, Δt
• calcolare Δt, conoscendo q, c, m
• calcolare c, conoscendo Δt, q, m
tmcQ