Calorimetria – Il calore muove il mondo ed è essenziale anche per la nostra sopravvivenza. La prova di questo è il fuoco, senza di esso non possiamo mangiare o scaldarci.
Il calore, in altre forme, è indispensabile alla nostra vita quotidiana. IL calorimetria studia questi fenomeni.
Indice
IL calorimetria è lo studio dei fenomeni legati agli scambi di energia termica. Questo transito di energia termica è chiamato calore e avviene a causa della temperatura tra i corpi.
Il calore è l'energia trasferita da un corpo all'altro, l'unica differenza è la temperatura tra i corpi. Questo trasferimento di energia sotto forma di calore avviene dal corpo con la temperatura più alta al corpo con la temperatura più bassa.
Quando i corpi sono isolati termicamente all'esterno, il trasferimento avviene fino al raggiungimento della pari temperatura dei corpi, cioè dell'equilibrio termico.
Un corpo ha energia interna e non si riscalda. Ecco perché è solo quando l'energia viene trasmessa che il calore esisterà.
L'energia, che è sotto forma di calore, produce un cambiamento della temperatura corporea chiamato calore sensibile. Quando lo stato fisico del corpo cambia, questa energia è chiamata calore latente.
L'energia termica in transito ha la sua grandezza chiamata quantità di calore (Q). L'unità di misura del calore è il Joule (j) secondo il Sistema Internazionale (SI).
In pratica viene utilizzata anche l'unità chiamata caloria (cal). Essere:
1 cal = 4,1868 J
Il calore specifico (c) sarebbe la costante di proporzione dell'equazione fondamentale di calorimetria. Questo valore dipende direttamente dalla sostanza presente nell'organismo da studiare.
Il calore specifico del ferro è 0.00 cal/gº C. Il calore specifico dell'acqua liquida è 1 cal/gº C.
La capacità termica è una grandezza in cui si calcola la massa e la sostanza di cui è fatto il corpo.
C = m.c
Essere in quel modo
C = capacità termica (j/°C o cal/°C)
m = massa (kg o g)
c = calore specifico (J/kgº C o calce/gº C)
1,5 kg di acqua sono stati posti in una pentola a temperatura ambiente (20ºC). Quando viene riscaldata, la temperatura dell'acqua sale a 85 °C. Tenendo conto che il calore specifico è 1 cal/gº C.
Si calcola la quantità di calore ricevuta dall'acqua per raggiungere tale temperatura e la capacità termica di quella porzione di acqua. Per risolvere questo caso, dobbiamo sostituire tutti i valori nell'equazione fondamentale di calorimetria.
L'attenzione all'unità è molto importante. La massa d'acqua è riportata in chilogrammi. Poiché l'unità di calore specifico è in cal/gº C.
È possibile calcolare la quantità di calore ricevuta o trasferita a un corpo che ha cambiato il suo stato fisico.
Mentre questo corpo riceve questa energia, cambiando fase, la sua temperatura è costante. Questo calore latente è la seguente formula:
Q = m. l
Q = quantità di calore (J o lime)
m = massa (kg o g)
L = calore latente (J/kg o cal/g)
Quanto calore è necessario perché un blocco di ghiaccio di 600 kg a 0°C si trasformi in acqua a quella temperatura? Bisogna considerare che il calore latente del ghiaccio fondente è di 80 cal/g.
Per questo calcolo, sostituire i valori della formula, senza dimenticare di trasformare le unità:
m = 600 kg = 600 000 g
L = 80 cal/gº C
Q = 600 000. 80 = 48 000 000 cal = 48 000 kcal
Quando due o più corpi si scambiano calore, questo trasferimento di calore avverrà in modo tale che il corpo a temperatura più alta trasferisca questa energia termica al corpo a temperatura più bassa.
Nei sistemi termici isolati, questi scambi di calore avverranno fino a quando non sarà stabilito l'equilibrio termico tra di loro. La temperatura finale sarà la stessa tra i corpi. E quando questo stadio è raggiunto, l'energia totale si conserva.
È il momento in cui avviene il trasferimento di calore da un corpo all'altro.
La propagazione del calore avviene in tre modi diversi:
La conduzione termica studiata in calorimetria, avviene quando c'è propagazione del calore attraverso l'agitazione termica che avviene negli atomi e nelle molecole.
Questa agitazione viene trasmessa al corpo finché c'è una differenza di temperatura tra loro. È importante sottolineare che perché avvenga questa trasmissione di energia termica, cioè calore, è necessario un materiale che sia il conduttore. Di solito sono solidi o fluidi.
Ci sono materiali che facilitano questa conduzione. Tra questi ci sono i metalli. Esistono anche isolanti termici, che conducono il calore in modo imperfetto. Sarebbero legno, sughero e polistirolo.
Un esempio di questo calore di conduzione sarebbe una padella con un cucchiaio di alluminio. Il cucchiaio si scalda molto velocemente, potrebbe anche bruciarci la mano.
Ecco perché il cucchiaio ha legno o materiali specifici dove li teniamo, per evitare ustioni.
La convezione termica è il trasferimento di calore durante il trasporto di materiale riscaldato a causa della differenza di densità. Ciò si verifica nei corpi liquidi e gassosi (gas).
Quando la sostanza viene riscaldata, la densità di questo corpo diminuisce. Questo cambiamento nella densità corporea crea un movimento all'interno del corpo gassoso o liquido.
La parte che è stata riscaldata salirà e la parte più densa del corpo scenderà, creando così movimento all'interno del liquido o del gas. Questo è chiamato correnti di convezione.
Questo spiega accuratamente il riscaldamento dell'acqua in una pentola. Attraverso queste correnti convettive, l'acqua più calda sale e la più fredda, che sarebbe la più densa, scende.
L'irradiazione termica trasferisce il calore tramite onde elettromagnetiche. Questa trasmissione di energia termica non ha bisogno di un mezzo materiale affinché i corpi ricevano questa energia.
Un esempio di ciò è la radiazione solare sul nostro pianeta, qui i corpi non sono in contatto.
Quando un corpo viene colpito, parte della radiazione viene assorbita e questa parte viene riflessa. La quantità di radiazione assorbita aumenterà l'energia cinetica delle molecole del corpo.
Quando i corpi sono scuri, assorbono più radiazioni che sono su di loro. Mentre i corpi leggeri hanno la tendenza a riflettere questa radiazione.
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