Come calcolare la capacità termica di un corpo

La capacità termica specifica è la quantità di calore necessaria per modificare la temperatura di una sostanza. L'acqua ad esempio, per aumentare la sua temperatura, richiede più tempo a bollire rispetto all'alcol. In altre parole, l'acqua ha una capacità termica specifica maggiore. Per capire meglio la capacità termica specifica, è necessario distinguere la differenza tra calore e temperatura, in quanto entrambi questi termini sono utilizzati nella loro definizione. La temperatura è definita come la quantità media di energia cinetica in una sostanza, dove l'energia cinetica è l'energia del moto. Il calore e la temperatura sono misure diverse correlate. Quando arriva il momento di calcolare la capacità termica di un corpo, trovare il metodo giusto per procedere può essere difficile. Si tratta di capire il procedimento da attuare, per poi risalire alla formula che aiuti nel ragionamento e che permetta di raggiungere un risultato preciso. Ecco come calcolare la capacità termica di un corpo.

• Termometro
• Beker
• Alimentatore

L'enunciato riguardante la capacità termica, facile da trovare in qualsiasi manuale di fisica, afferma che la capacità termica di un corpo, dal punto di vista numerico, è uguale alla quantità di energia che serve per aumentare di 1 K la sua temperatura. Quindi: C = E / T, dove C è la capacità termica, E è l'energia assorbita e T è l'aumento di temperatura. In questo calcolo, 1 K corrisponde a 1 grado Kelvin, come normalmente riportato nelle abbreviazioni dei valori fisici.

L'assorbimento della medesima quantità di energia non causa lo stesso aumento della temperatura in tutti i corpi. Per esempio, il calore che produce un accendino riesce a rendere incandescente uno spillo, ma farebbe aumentare leggermente la temperatura di 1 Kilogrammo di acqua. Tenere presente questo ragionamento permette di capire quanto possa essere grave un errore di valutazione, nello svolgimento di un problema di fisica o nel tentativo di applicare praticamente questo principio.

Adesso, facciamo qualche esempio pratico per capire meglio la formula della capacità termica appena illustrata. Per esempio, se a 1,000 Kg di acqua forniamo 4186 J di energia, aumenteremo la temperatura di 1 K. Allora la capacità termica di un kilogrammo di acqua sarà: C = %u2206 E / %u2206 T = 4186 J / 1K = 4186 J / K. Si tratta di un'operazione non molto difficile, ma sulla quale è utile esercitarsi per non commettere errori e per imparare a risolvere facilmente problemi di questo tipo.

Cambiare la temperatura di un corpo, significa cambiare l'energia cinetica media delle sue particelle. Le particelle di diverse sostanze hanno differenti masse. Il numero di particelle in 1 kg di una sostanza dipende ovviamente dalla massa di tali particelle. Questo spiega perché le diverse sostanze hanno differenti capacità termiche specifiche. Ad esempio: la massa di un atomo di ferro è circa il doppio della massa di un atomo di alluminio; quindi, 1 kg di alluminio deve contenere circa il doppio di atomi di 1 kg di ferro. Ci aspetteremo quindi, che la capacità termica specifica dell'alluminio sia circa il doppio di quella del ferro. Considerando due pentole d'acqua, supponiamo che quella più piccola, contenga 1 litro di acqua e quella più grande contenga 3 litri di acqua. È ragionevole aspettarsi che per cambiare la temperatura dell'acqua presente nella pentola più grande, sarà necessario una quantità di energia tre volte superiore a quella per cambiare la temperatura di quella presente nella pentola piccola.

Il calore e la temperatura sono misure diverse e sono certamente correlati. La temperatura aumenta con l'aggiunta di calore ad una sostanza. Allo stesso modo, la temperatura diminuisce man mano che il calore viene rimosso. Facciamo un piccolo esperimento: tutto ciò di cui abbiamo bisogno è un becher d'acqua, un termometro e un alimentatore che genera calore. L'alimentatore misurerà la quantità di calore che aggiungiamo all'acqua. Riscaldiamo 10 ml di acqua fino a 10 gradi Celsius. In tal modo, l'alimentatore registrerà 420 joule. Ciò significa che ci saranno voluti 420 joule di energia termica per aumentare 10 ml di acqua a 10 gradi Celsius.

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