IL CALORE SPECIFICO è la quantità di calore necessaria per aumentare di un grado la temperatura di
1 grammo di sostanza. Ogni sostanza ha il proprio calore specifico e se cambia lo stato fisico (es liquido,solido,gas)
cambia anche il calore specifico . Le unità sono espresse in Joule per grammo per grado Celsius (J / g ° C). A volte
viene utilizzata anche l'unità J / kg K. Quest'ultima unità è tecnicamente l'unità più corretta da utilizzare, ma dal
momento che la prima è abbastanza comune, è necessario conoscerle entrambi. Il calore specifico dell'H2O a seconda
della fase è indicato nella tabella:
| FASE | J g¯1 °C¯1 | J kg¯1 K¯1 |
| GAS | 2.02 | 2.02 x 103 |
| LIQUIDO | 4.184 | 4.184 x 103 |
| SOLIDO | 2.06 | 2.06 x 103 |
puoi notare che i valori differiscono di un fattore 1000 (103) e che non c’è differenza se la temperatura si esprime in gradi centigradi o gradi Kelvin ciò perché il calore specifico si riferisce alla differenza di temperatura di 1 grado.
Immagina una scatola chiusa contenente un certo gas e diciamo che vogliamo aumentare la sua temperatura di 1 kelvin assumendo che la massa del gas sia di 1 kg,. Essendo la scatola chiusa ed isolata dall’esterno in modo da non far passare il calore nell’ambiente il sistema considerato lavora a VOLUME COSTANTE.
La quantità di energia necessaria per innalzarla di 1 kelvin / Kg è indicata come CALORE SPECIFICO A VOLUME COSTANTE E SI INDICA CON Cv
Immaginiamo adesso un cilindro con un pistone a stretta tenuta (ricordiamo che quando un pistone si espande compie un lavoro), se vogliamo aumentare di 1 grado K la temperatura di 1 kg di gas posto all'interno del cilindro abbiamo bisogno di fornire una certa quantità di energia ma durante la fornitura di energia, il gas si espande facendo lavoro sull'atmosfera all'esterno, quindi parte dell'energia viene persa. Questo significa che dobbiamo fornire più calore rispetto a Cv per compensare quella perdita di energia. La quantità di energia in più da fornire è pari al lavoro compiuto che è come sappiamo L= PΔV ma sappiamo che PΔV = RΔT quindi il lavoro è pari ad R essendo ΔT=1.Il che significa che Cp/Cv= costante oppure Cp = Cv+R Cp-Cv=R. Cv e Cp si riferiscono ad 1 Kg oppure ad 1 g di sostanza per cui se la sua quantità diviene m allora si ha : Q = m x Cv x ΔT Q = m x Cp x ΔT ESERCIZI 1- Quanta energia deve essere assorbita da 20,0 g di acqua per aumentare la sua temperatura da 283,0 ° C a 303,0 ° C?(Cv= 4.184 J/g °C) soluzione Q= m CpΔT quindi Q=(20.0 g) (20.0 °C) (4.184 J/g °C)= 1,673 KJ 2- Quando 15,0 g di vapore vengono portati da 275,0 °C a 250,0°C quanta energia termica viene rilasciata?(Cp=2,02 J/g °C)
soluzione
Q= (15.0 g) (25.0 °C) (2.02 J/g °C)= 750 J
3- Quanta energia è richiesta per portare 120 g di acqua dalla temperatura di 2°C a 24 °C ?
(Cv=4.184 J/g °C)
soluzione
Q= (120.0 g) (22.0 °C) (4.184 J/g °C)=11,045 kJ
4- quanto calore (in KJ ) è ceduto da 85 g di Piombo che si raffredda da 200°C a 10°C ?
(Cp = 0.129 J/g °C)
soluzione
Q = (85.0 g) (190.0 °C) (0.129 J/g °C) = 2,083 kJ
5- Se 172 g di vapore a 400°C assorbono 800 kJ quale sarà l’aumento di temperatura?
(Cp=2.02 J/g °C)
Q = 172 x 2,02 x (T2 -T1 )
800 = 172 x 2,02 x (T2 – 400)
800= 347,4T2 – 347,4 x 400
T2 = 138960 +800/347,4
T2=402,302 per cui ΔT = 2,302
6- Se per riscaldare 18,96 g di oro da 10°C a 27°C occorrono 41,72 J qual è il calore specifico dell’Oro?
soluzione
41.72 J = (18.69 g) (17.0 °C) Cv
da cui Cv = 41,72 / 317,3 = 0,1314 J/g °C
7- se forniamo 2200 J a 190 g di una sostanza la temperatura aumenta di 12 °C: qual è la capacità termica? ed il calore specifico ?0,96
La capacità termica è data da Q/ΔT quindi
Capacità Termica = 2200/12 = 183 J g °C = 0,183 J Kg °C
Calore specifico = Q/ mΔT = 2200/ 190 x 12 = 2200/2280 = 0,96 J /g °C
8- Una massa m di H2O è riscaldata con 41,84 J e la temperatura aumenta da 22 a 28,5 °C: qual è la massa di acqua? Cv= 4,184 J/g °C
soluzione
41,840 = (x) (6.5 °C) (4.184 J/g °C)
Massa di acqua = m = 41,84 / 27,196 =1,538 g
CALCOLO QUANDO DURANTE IL RISCALDAMENTO LA SOSTANZA CAMBIA DI FASE
9- Quanti Jaules sono necessari per trasformare 50 g di ghiaccio da -15°C a vapore a 120°C ?
soluzione
Le variazioni di temperatura sono
1 ) da -15 A 0 °C
2 ) durante la fusione la t rimane costante
3 ) da 0 °C a 100°C
4 ) durante l’ebollizione la T rimane costante
5) sino a 120°C assorbe calore e T aumenta
1) Δt = 15 °C /(da -15 a 0 °C) come solido (ghiaccio) assorbe calore
2) il ghiaccio fonde e non si ha variazione di T
3) Δt = 100 °C (da 0°C a 100°C) il liquido assorbe calore sino all’ebollizione
4) quando bolle non si ha variazione di T
5) Δt = 20 °C (da 100 a 120 °C) il vapore assorbe ulteriore calore
Ricordando i valori specifici dell’H2O nelle varie fasi, Il calore è così calcolato
1) Q si calcola ricordando che Q= mCv ΔT Q = (50.0 g)(15 °C) (2.06 J/g °C)
2) Q si calcola ricordando che
Q = massa x calore latente di fusione quindi Q= 50.0 g / 18.0 g/mol) (6.02 kJ/mol)
3) Q= mCp ΔT Q= (50.0 g) (100 °C) (4.184 J/g °C)
4) Q = massa x calore latente di evaporazione Q= (50.0 g / 18.0 g/mol) (40.7 kJ/mol)
5) Q= mCp ΔT Q=(50.0 g) (20 °C) (2.02 J/g °C)
10- calcolare il numero di Jaules ottenuti quando 32 g di vapore sono raffreddati da 110 °C a -4o °C. Fare il grafico relativo
soluzione
1) da 110 a 100° il sistema perde calore Δt = 10 °C quindi ) (32.0 g) (10 °C) (2.02 J/g °C) = Q1
2) il vapore solidifica a 0°C e non si ha variazione di temperatura (32.0 g / 18.0 g/mol) (40.7 kJ/mol) = Q2
3) da 100°C a 0 °C si forma il ghiaccio Δt = 100 °C 32.0 g) (100 °C) (4.184 J/g °C) = Q3
4) sino a che tutto il liquido non diventa ghiaccio non vi è variazione di temperatura (32.0 g / 18.0 g/mol) (6.02 kJ/mol) =Q4
5) da 0 a -40 °C perde ancora calore Δt = 40 °C (32.0 g) (40 °C) (2.06 J/g °C)=Q4
Lascia un commento