Capacità termica
La capacità termica è una proprietà caratteristica di ogni corpo, definita come prodotto tra il calore specifico della sostanza che costituisce il corpo e la sua massa. A differenza del calore specifico la capacità termica dipende dalla massa ed è direttamente proporzionale ad essa.
La capacità termica di un corpo viene invece definita come il prodotto tra la massa e il calore specifico, e viene indicata con la lettera:
\begin{equation*}C=mc\end{equation*}
Dalla formula si nota che la capacità termica è in proporzionalità diretta rispetto alla massa e al calore specifico.
Per capire qual è la differenza tra la capacità termica e calore specifico dobbiamo ripartire dalla definizione di $c$, che equivale alla quantità di calore che un corpo di 1 kg deve assorbire per fare in modo che la sua temperatura varia di 1 K. La sua Unità di misura è quindi:
\begin{equation*}\frac{J}{kg\cdot K}\end{equation*}
La capacità termica rappresenta invece la quantità di calore che un determinato corpo deve scambiare per fare in modo che la sua temperatura vari di 1 K. Come potete notare le definizioni di calore specifico e di capacità termica si assomigliano molto, ma c’è una differenza importante: nel calore specifico si parla di 1 kg di sostanza mentre nella capacità termica non si fa riferimento ad alcun valore di massa. L’unità di misura della capacità termica è quindi:
\begin{equation*}c\rightarrow\frac{J}{kg\cdot K}\end{equation*}
\begin{equation*}C\rightarrow\frac{J}{K}\end{equation*}
Essendo legato al calore specifico, anche il valore della capacità termica dipende dal tipo di materiale di cui è costituito il corpo in esame. Questa volta però non possiamo fornire una tabella con i valori della capacità termica per i diversi materiali perché essa dipende dalla massa, che può sempre variare.
In altri termini:
– il calore specifico è una proprietà caratteristica di ogni sostanza, indipendentemente dalla massa;
– la capacità termica è una proprietà caratteristica di ogni corpo.
Calore specifico
Il calore specifico è una proprietà caratteristica delle sostanze, ed esprime la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura di una massa di 1 kg della sostanza considerata. Il calore specifico permette di scrivere una formula per il calcolo del calore assorbito o ceduto a partire dalla massa e dalla variazione di temperatura.
Il calore in Fisica è una grandezza definita come una forma di energia (energia termica), e in particolare come energia scambiata tra due sistemi tra cui sussiste una differenza di temperatura.
Si introduce la definizione di calore specifico al fine di poter calcolare l’energia termica che viene assorbita o ceduta da un corpo. Basandoci sull’esperienza comune ci siamo resi conto che il calore deve essere direttamente proporzionale alla massa del corpo e alla differenza di temperatura.
Supponiamo di voler scaldare una certa quantità d’acqua fino a farla bollire: quanto calore dobbiamo fornirle? Non si può rispondere se prima non disponiamo di alcuni dati. Innanzitutto dobbiamo conoscere la temperatura iniziale per sapere di quanti gradi centigradi dobbiamo innalzare la temperatura per portarla a 100 °C. Per esperienza comune sappiamo infatti che tanto più l’acqua è fredda, tanto maggiore è il tempo in cui la fiamma deve rimanere accesa e, di conseguenza, maggiore deve essere l’energia fornita. Inoltre è più che lecito considerare la quantità d’acqua che dobbiamo scaldare: un conto è farne bollire mezzo litro in un piccolo pentolino, altro discorso è scaldare l’acqua contenuta in un secchio da 10 litri. Dunque, basandosi sull’esperienza comune ci siamo resi conto che il calore deve essere direttamente proporzionale alla massa del corpo e alla differenza di temperatura prodotta.
C’è però un altro ingrediente da prendere in considerazione. Per il calcolo del calore dobbiamo tenere conto del materiale: nel nostro esempio abbiamo considerato l’acqua, ma se invece avessimo la medesima massa di un altro materiale, ad esempio di ferro.
A questo proposito si introduce un coefficiente detto calore specifico indicato con la lettera $c$.
Per definizione il calore specifico è una grandezza caratteristica di ogni sostanza che esprime quanto calore è necessario fornire a un chilogrammo della stessa sostanza per innalzare la sua temperatura di 1 °C. Dunque:
\begin{equation*}Q=cm\Delta T\end{equation*}
Stabilisce che il calore assorbito o ceduto da un corpo è dato dal prodotto tra il calore specifico c (che dipende dal materiale), la massa m del corpo che assorbe o cede calore e la variazione di temperatura a cui è soggetto il corpo.
\begin{equation*}c=\frac{Q}{m\Delta T}\end{equation*}
\begin{equation*}m=\frac{Q}{c\Delta T}\end{equation*}
\begin{equation*}\Delta T=\frac{Q}{cm}\end{equation*}
(formule inverse)
Ricordando che il calore è una forma di energia e che si misura in joule l’unità di misura del calore specifico è data dal rapporto tra i joule e il prodotto tra chilogrammi e kelvin