5.1 Calore e temperatura

Osserviamo cosa avviene quando poniamo un recipiente contenente un liquido, per esempio acqua, su un fornello. Si tratta di un’esperienza che realizziamo quotidianamente. Forniamo all’acqua calore tramite una fonte di calore ( la fiamma del gas o un fornello elettrico, per esempio) e notiamo che la sua temperatura aumenta. Se siamo in grado di misurare il calore fornito e la variazione di temperatura subita dall’acqua, sempre che l’acqua non raggiunga l’ebollizione e possiamo trascurare la dispersione di calore nell’ambiente e il calore assorbito dal recipiente, osserviamo che QRΔt.
Se prendo in esame un altro liquido la relazione trovata sussiste ancora, cambia però la costante di proporzionalità: Q=KΔt.
Questa costante è quindi caratteristica del liquido riscaldato e prende il nome di capacità termica. Essa si definisce come la quantità di calore necessaria per elevare di un grado la massa di liquido considerata. Si misura in J/°C o in cal/°C secondo le unità di misura scelte.
Lo stesso si può dire quando invece di un liquido consideriamo un qualsiasi oggetto.
Procedendo nelle nostre esperienze, facendo variare la massa dell’oggetto considerato si trova che la capacità termica è proporzionale alla massa : K=cm, dove m è la massa dell’oggetto e c un coefficiente che dipende dal materiale di cui è costituito l’oggetto; c prende il nome di calore specifico del materiale.
c=K/m e si definisce come la quantità di calore necessaria per aumentare di un grado l’unità di massa del materiale considerato: c=Q/mΔt. Si misura in J/Kg°C o cal/g°C secondo le unità di misura scelte. In realtà il suo valore varia sia pure lentamente al variare della temperatura.
Si nota dalle tabelle che il calore specifico dell’acqua è maggiore di quello di tutte le altre sostanze riportate: questo spiega come l’acqua rappresenti in natura un elemento equilibratore che tende a mitigare le escursioni termiche dell’ambiente. Ricordiamo per esempio l’azione stabilizzatrice sul clima dovuta alla grande capacità termica dei laghi e dei mari.
La variazione del calore specifico dell’acqua (vedi fig.5.1) ha un andamento anomalo, solo a 15°C ha il valore 1cal/g°C ed è per questo che viene specificato nella definizione di caloria.