Introduzione alla capacità termica specifica
Cos'è la capacità termica specifica
Lacapacità termica specifica è una proprietà che descrive quanta energia termica è necessaria per aumentare di un grado Celsius la temperatura di una massa unitaria di una sostanza. È un concetto fondamentale della termodinamica e svolge un ruolo cruciale nel comprendere come i diversi materiali rispondono al calore.
Come si calcola la capacità termica specifica
La capacità termica specifica(cc) di una sostanza è la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di una massa unitaria della sostanza di un grado Celsius (o di un Kelvin). L'equazione della capacità termica specifica è:
Q=m*c*ΔT
Dove:
- Q = Energia termica aggiunta (Joule, J)
- m = Massa della sostanza (kg)
- c = Capacità termica specifica (J/kg-°C o J/kg-K)
- ΔT = Variazione di temperatura (°C o K)
Capacità termica specifica vs. capacità termica
Sebbene entrambi i termini si riferiscano all'energia termica, la capacità termica specifica e la capacità termica sono concetti distinti. La capacità termica si riferisce alla quantità di energia termica necessaria per modificare la temperatura di un intero oggetto, indipendentemente dalla sua massa. La capacità termica specifica, invece, è la quantità di energia termica necessaria per aumentare di un grado Celsius la temperatura di un'unità di massa di una sostanza.
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Caratteristica |
Capacità termica specifica |
Capacità termica |
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Definizione |
Calore necessario per aumentare la temperatura di 1g di 1°C |
Calore richiesto per aumentare la temperatura di un oggetto |
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Unità di misura |
J/(g-°C) |
J/°C |
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Dipendenza dalla massa |
Indipendente |
Dipende dalla massa |
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Esempio di applicazione |
Calcolo del calore per 100 g di acqua |
Determinazione del calore per una barra di metallo di 1 kg |
Esempi di capacità termica specifica
Materiali diversi hanno capacità termiche specifiche diverse. Ad esempio:
- L'acquaha un'elevata capacità termica specifica, che la rende efficace nel regolare le temperature.
- L'alluminio ha una capacità termica specifica inferiore rispetto all'acqua, il che significa che si riscalda e si raffredda rapidamente.
- Il ferro ha una capacità termica specifica ancora più bassa, motivo per cui viene utilizzato in applicazioni che richiedono rapidi cambiamenti di temperatura.
Ecco una tabella che mostra la capacità termica specifica di varie sostanze:
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Sostanza |
Capacità termica specifica (J/kg-°C o J/kg-K) |
|
Acqua |
4186 |
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Ghiaccio |
2090 |
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Ferro |
450 |
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Rame |
385 |
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Alluminio |
900 |
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Piombo |
128 |
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Vetro |
840 |
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Etanolo |
2430 |
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Legno (quercia) |
1700 |
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Aria (a 20°C) |
1005 |
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Oro |
129 |
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Mercurio |
138 |
Per ulteriori informazioni, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).
Domande frequenti
Quali fattori influenzano la capacità termica specifica?
I fattori includono la struttura molecolare del materiale, la fase della materia e la temperatura.
Perché l'acqua ha un'elevata capacità termica specifica?
Il legame a idrogeno dell'acqua le permette di assorbire più calore senza una significativa variazione di temperatura.
Come si usa la capacità termica specifica nella vita reale?
Si usa per progettare sistemi di riscaldamento e raffreddamento, per cucinare e per comprendere le dinamiche climatiche.
La capacità termica specifica può variare con la temperatura?
Sì, per alcuni materiali la capacità termica specifica varia con la temperatura.
La capacità termica specifica è uguale per tutti gli stati della materia?
No, stati diversi (solido, liquido, gas) di una stessa sostanza possono avere capacità termiche specifiche diverse.
