Marco ha scritto:
La temperatura di 100 grammi di acqua passa da 30 gradi Celsius a 20. Quanti joule e quante calorie si liberano?
Rispondo così:
Il calore che si deve fornire a un certo sistema per far aumentare la sua temperatura dipende da tre fattori:
- la natura della sostanza o del materiale di cui è costituito
- la quantità di sostanza o di materiale che contiene, cioè la sua massa
- l’entità dell’innalzamento della temperatura, cioè il Δt = tfinale – tiniziale.
É infatti logico attendersi che serva più calore per innalzare di 10 °C la temperatura di 1000 grammi di acqua che di 1 solo grammo di acqua, oppure che, data una certa massa di acqua, serva più calore per aumentare la sua temperatura di 20 °C invece che di 2 °C soltanto. L’esperienza, inoltre, ci dice che uguali calori provocano effetti diversi se vanno a scaldare masse uguali di sostanze o materiali diversi; per esempio, 10 joule di calore fanno aumentare la temperatura di 1 g di acqua di 2,4 °C ma di ben 11,1 °C la temperatura di 1 g di alluminio. La relazione che lega i tre fattori è:
Calore (Q) = massa sostanza (m) × calore specifico (Cs) × Δt
dove per calore specifico si intende il calore necessario ad aumentare di 1 °C la temperatura di 1 g di una certa sostanza o di un certo materiale.
Quando un sistema si raffredda valgono le stesse considerazioni. Il calore in gioco quando la temperatura di un sistema passa da 20 a 30 °C oppure da 30 a 20 °C è infatti lo stesso: nel primo caso l’energia si trasferisce dall’ambiente al sistema, nel secondo caso la stessa quantità di energia si trasferisce dal sistema all’ambiente. La relazione da utilizzare per risolvere il problema è quindi la stessa. Poiché la temperatura finale (20 °C) è inferiore a quella iniziale (30 °C), il calore in gioco risulterà un valore negativo; il segno meno sta proprio ad indicare che l’energia si trasferisce dal sistema all’ambiente, cioè che il sistema perde una parte dell’energia che aveva inizialmente. Quindi, ricordando che il calore specifico dell’acqua è 4,184 J × g-1 × °C-1, si ha:
Q = 100 g × 4,184 J × g-1 × °C-1 × (20 – 30) °C = – 4184 J
In conclusione, quando 100 g di acqua si raffreddano da 30 a 20 °C cedono all’ambiente 4184 J di energia sotto forma di calore. Volendo esprimere lo stesso risultato in calorie, invece che in joule, è necessario sapere che 1 cal = 4,184 J; 4184 J corrispondono quindi a 1000 cal.
È tutto chiaro, ora?