Calore e unità di misura
Ciao ragazzi, mi aiutate a capire bene questa cosa?
Su un libro di fisica leggo questa definizione operativa di calore.
"Se un recipiente contiene una miscela di acqua e ghiaccio fra di loro in equilibrio e se il recipiente viene posto per un certo tempo a contatto con un sistema più caldo, si riscontra che una parte del ghiaccio fonde, senza che tuttavia cambi la temperatura della miscela (purché il sistema rimanga bifasico).
Il CALORE che il recipiente ha ricevuto E' MISURATO, per definizione, dalla quantità di ghiaccio che si è fuso."
Quindi, stando a questa definizione di calore, se faccio un simile esperimento e si sciolgono $0,2 Kg$ di ghiaccio, posso concludere che, per definizione, il sistema ha assorbito una quantità di calore pari a $0,2$.
Domanda 1: $0,2$ che cosa?
Poi il libro prosegue dicendo:
"Come unità di misura del calore per lungo tempo è stata usata la CALORIA, definità come la quantità di calore che va sottratta a un grammo di acqua per far scendere la sua temperatura da $15,5 °C$ a $14,5 °C$"
Non capisco bene qual è il collegamento tra queste due frasi.
Insomma, sento che i miei dubbi stanno nel concetto di unità di misura, cosa che a noi aspiranti ingegneri non spiegano affatto. Gradirei dunque che qualcuno mi facesse comprendere questa faccenda.
Grazie mille.
Su un libro di fisica leggo questa definizione operativa di calore.
"Se un recipiente contiene una miscela di acqua e ghiaccio fra di loro in equilibrio e se il recipiente viene posto per un certo tempo a contatto con un sistema più caldo, si riscontra che una parte del ghiaccio fonde, senza che tuttavia cambi la temperatura della miscela (purché il sistema rimanga bifasico).
Il CALORE che il recipiente ha ricevuto E' MISURATO, per definizione, dalla quantità di ghiaccio che si è fuso."
Quindi, stando a questa definizione di calore, se faccio un simile esperimento e si sciolgono $0,2 Kg$ di ghiaccio, posso concludere che, per definizione, il sistema ha assorbito una quantità di calore pari a $0,2$.
Domanda 1: $0,2$ che cosa?
Poi il libro prosegue dicendo:
"Come unità di misura del calore per lungo tempo è stata usata la CALORIA, definità come la quantità di calore che va sottratta a un grammo di acqua per far scendere la sua temperatura da $15,5 °C$ a $14,5 °C$"
Non capisco bene qual è il collegamento tra queste due frasi.
Insomma, sento che i miei dubbi stanno nel concetto di unità di misura, cosa che a noi aspiranti ingegneri non spiegano affatto. Gradirei dunque che qualcuno mi facesse comprendere questa faccenda.
Grazie mille.
Risposte
Mi è stata spiegata a questa maniera e mi sembra più chiara.
Si definisce parete adiabatica una parete che, se posta a dividere due sistemi termodinamici, tra di loro e dall'ambiente esterno, inizialmente in equilibrio termodinamico, questi rimangono in equilibrio termodinamico, in qualsiasi stato si trovino.
Per trasformazione adiabatica si intende una trasformazione subita da un sistema termodinamico racchiuso tra pareti adiabatiche.
Primo principio della termdinamica: il lavoro prodotto in una trasformazione adiabatica dipende solo dagli stati iniziale e finale della trasformazione.
è possibile quindi trovare una funzione di stato, chiamata energia interna del sistema termodinamico, la cui variazione, cambiata di segno, dà il lavoro prodotto nella trasformazione adiabatica.
$L+DeltaU=0$
Per le trasformazioni non adiabatiche si verifica che il lavoro non è dato solo dall'opposto della variazione di energia interna ed il resto viene chiamato calore scambiato dal sistema termodinamico, che quindi è una energia e si misura ad esempio in $J=N*m$, come il lavoro e l'energia interna.
$L+DeltaU=Q$
Si definisce parete adiabatica una parete che, se posta a dividere due sistemi termodinamici, tra di loro e dall'ambiente esterno, inizialmente in equilibrio termodinamico, questi rimangono in equilibrio termodinamico, in qualsiasi stato si trovino.
Per trasformazione adiabatica si intende una trasformazione subita da un sistema termodinamico racchiuso tra pareti adiabatiche.
Primo principio della termdinamica: il lavoro prodotto in una trasformazione adiabatica dipende solo dagli stati iniziale e finale della trasformazione.
è possibile quindi trovare una funzione di stato, chiamata energia interna del sistema termodinamico, la cui variazione, cambiata di segno, dà il lavoro prodotto nella trasformazione adiabatica.
$L+DeltaU=0$
Per le trasformazioni non adiabatiche si verifica che il lavoro non è dato solo dall'opposto della variazione di energia interna ed il resto viene chiamato calore scambiato dal sistema termodinamico, che quindi è una energia e si misura ad esempio in $J=N*m$, come il lavoro e l'energia interna.
$L+DeltaU=Q$
ciao lisdap,
premettiamo che anche io sto facendo ingegneria e non sono quindi un "esperto", come molti qui
secondo me ti complichi troppo la vita: non è mica analisi matematica, ma fisica, quindi la filosofia di pensiero deve cambiare un po', ma premesse queste cose, che sono chiacchere...
quando tu prendi una bacinella d'acqua (a temp ambiente) e la metti sotto il fuoco,cosa osservi? che (consideriamo solo l'acqua e non quello che succede alla bacinella, che sia di plastica o ferro, trasmetterà sempre il "calore", magari il ferro offrirà una "favorevolezza" maggiore...) l'acqua si alza di temperatura.
come la chiami questa cosa che data una differenza di temperatura iniziale (tra acqua a temp ambiente e fuoco) mi ha provocato un aumento di temperatura dell'acqua nella bacinella? chiamiamola calore, potevamo chiamarla anche pippo (come dicono molti professori che vogliono fare gli spiritosi). la sua unità di misura? chiamiamola caloria che è definita (bla bla bla). poi arriva un certo joule e dice: possibile che calore e lavoro siano la "stessa cosa"?
mah, prende quello che sai bene e fa l'esperimento che tu certamente conosci, concluendo: calore e lavoro sono due forme (meglio dire manifestazioni) dell'energia (ci dà inoltre il fattore di equivalenza tra i due...).
il tuo esempio (che libro usi? così per sapere...) è il caso di un cambiamento di fase, in cui la temp è costante, dato che vi è appunto un cambiamento di fase... quindi chiami quello che ti fa "trasformare" il ghiaccio in acqua: calore latente.
credo che il mio esempio e quello del cambiamento di fase siano equivalenti (il calore latente no ha come effetto il cambiamento di temperatura, ma il fatto che "spezza" o meno i legami chimici)
spero di aver chiarito l'idea,se ci fossero obiezioni,dimmelo, qui siamo per confrontarci
ciaooooo
premettiamo che anche io sto facendo ingegneria e non sono quindi un "esperto", come molti qui
secondo me ti complichi troppo la vita: non è mica analisi matematica, ma fisica, quindi la filosofia di pensiero deve cambiare un po', ma premesse queste cose, che sono chiacchere...
quando tu prendi una bacinella d'acqua (a temp ambiente) e la metti sotto il fuoco,cosa osservi? che (consideriamo solo l'acqua e non quello che succede alla bacinella, che sia di plastica o ferro, trasmetterà sempre il "calore", magari il ferro offrirà una "favorevolezza" maggiore...) l'acqua si alza di temperatura.
come la chiami questa cosa che data una differenza di temperatura iniziale (tra acqua a temp ambiente e fuoco) mi ha provocato un aumento di temperatura dell'acqua nella bacinella? chiamiamola calore, potevamo chiamarla anche pippo (come dicono molti professori che vogliono fare gli spiritosi). la sua unità di misura? chiamiamola caloria che è definita (bla bla bla). poi arriva un certo joule e dice: possibile che calore e lavoro siano la "stessa cosa"?
mah, prende quello che sai bene e fa l'esperimento che tu certamente conosci, concluendo: calore e lavoro sono due forme (meglio dire manifestazioni) dell'energia (ci dà inoltre il fattore di equivalenza tra i due...).
il tuo esempio (che libro usi? così per sapere...) è il caso di un cambiamento di fase, in cui la temp è costante, dato che vi è appunto un cambiamento di fase... quindi chiami quello che ti fa "trasformare" il ghiaccio in acqua: calore latente.
credo che il mio esempio e quello del cambiamento di fase siano equivalenti (il calore latente no ha come effetto il cambiamento di temperatura, ma il fatto che "spezza" o meno i legami chimici)
spero di aver chiarito l'idea,se ci fossero obiezioni,dimmelo, qui siamo per confrontarci
ciaooooo
Salve, potete dirmi se questa definizione di calore che dò è corretta?
Consideriamo una vaschetta di acqua e ghiaccio la cui temperatura, per definizione, sappiamo essere di $0°C$. Se mettiamo tale vaschetta su un fornello, si rileva sperimentalmente che il ghiaccio inizierà a fondere e, fino a che non si sarà sciolto del tutto, la temperatura della miscela continuerà ad essere di $0°C$. Per definizione dico che la fusione di una parte di ghiaccio è dovuta alla somministrazione di una entità detta "calore". Definito cos'è il calore, bisogna definire un'unità di misura. Per fare ciò procedo nel seguente modo. Prendo un grammo di acqua distillata a $15,5°C$ e lo metto nel calorimetro a ghiaccio (la vaschetta di prima). Nel momento in cui la temperatura del grammo di acqua scende a $14,5°C$, misuro la quantità $m$ in grammi di ghiaccio che si è sciolta (quindi so che il calorimetro ha ricevuto del calore, e tale calore gli è stato dato dal grammo di acqua). Infine, dico per definizione che la quantità $m$ di ghiaccio disciolta corrisponde alla somministrazione al calorimetro di una quantità di calore pari ad una caloria. Fatto questo, se nel calorimetro si sciolgono $M$ grammi di ghiaccio, per sapere quante calorie ho fornito basta che eseguo $M/m$. E' giusto questo procedimento?
Grazie!
Consideriamo una vaschetta di acqua e ghiaccio la cui temperatura, per definizione, sappiamo essere di $0°C$. Se mettiamo tale vaschetta su un fornello, si rileva sperimentalmente che il ghiaccio inizierà a fondere e, fino a che non si sarà sciolto del tutto, la temperatura della miscela continuerà ad essere di $0°C$. Per definizione dico che la fusione di una parte di ghiaccio è dovuta alla somministrazione di una entità detta "calore". Definito cos'è il calore, bisogna definire un'unità di misura. Per fare ciò procedo nel seguente modo. Prendo un grammo di acqua distillata a $15,5°C$ e lo metto nel calorimetro a ghiaccio (la vaschetta di prima). Nel momento in cui la temperatura del grammo di acqua scende a $14,5°C$, misuro la quantità $m$ in grammi di ghiaccio che si è sciolta (quindi so che il calorimetro ha ricevuto del calore, e tale calore gli è stato dato dal grammo di acqua). Infine, dico per definizione che la quantità $m$ di ghiaccio disciolta corrisponde alla somministrazione al calorimetro di una quantità di calore pari ad una caloria. Fatto questo, se nel calorimetro si sciolgono $M$ grammi di ghiaccio, per sapere quante calorie ho fornito basta che eseguo $M/m$. E' giusto questo procedimento?
Grazie!
Se il calorimetro è isolato meccanicamente dall'esterno direi di si
Ok, ora mi sorge spontanea la domanda: per definire l'unità di misura del calore, la caloria in questo caso, perchè è stato fatto tutto quel complicato discorso con il grammo di acqua che da $15,5$ gradi va a $14,5$? Non si faceva prima a dire: "l'unità di misura del calore è detta caloria e una caloria corrisponde (in maniera del tutto arbitraria) a $25$ grammi di ghiaccio disciolto."
Grazie!
Grazie!
Si trovano convenzioni quasi ovunque.
Mi chiederei come debba essere inserita l'acqua distillata aggiunta nel calorimetro. Voglio dire, è sufficiente che si prenda un contenitore anche comunicante con la vaschetta contenente ghiaccio o la pressione presente nella vaschetta con ghiaccio deve poter essere diversa da quella contenente l'acqua distillata?
Mi chiederei come debba essere inserita l'acqua distillata aggiunta nel calorimetro. Voglio dire, è sufficiente che si prenda un contenitore anche comunicante con la vaschetta contenente ghiaccio o la pressione presente nella vaschetta con ghiaccio deve poter essere diversa da quella contenente l'acqua distillata?
Concludendo il discorso di prima, una volta che è stato definito il calore e la sua unità di misura, immergendo corpi qualunque nel calorimetro, attraverso misurazioni della quantità di ghiaccio disciolto o solidificatosi, quindi del calore scambiato, e della variazione di temperatura del corpo, è possibile dimostrare che la legge che lega la variazione di temperatura di un corpo ed il calore scambiato è di tipo lineare, con una costante di proporzionalità detta capacità termica. E' giusto?
"sonoqui_":
Mi chiederei come debba essere inserita l'acqua distillata aggiunta nel calorimetro. Voglio dire, è sufficiente che si prenda un contenitore anche comunicante con la vaschetta contenente ghiaccio o la pressione presente nella vaschetta con ghiaccio deve poter essere diversa da quella contenente l'acqua distillata?
Credo che sarebbe davvero molto istruttivo capire in che modo vengono fatti PRATICAMENTE questi esperimenti
Si verifica che i calori specifici (a pressione costante o a volume costante che siano) non sono proprio costanti ma dipendono dallo stato termodinamico. Come costanti approssimano bene solo per scostamenti relativamente piccoli da uno stato di partenza.
Stessa cosa penso che valga per il calore latente di liquefazione.
Riguardo al metodo di misura del calore specifico, in sostanza penso che sia giusto il procedimento, a meno che una quantità di ghiaccio oltre che liquefarsi non evapori anche o che si raggiunga una condizione con solo fase liquida con variazione della temperatura.
Stessa cosa penso che valga per il calore latente di liquefazione.
Riguardo al metodo di misura del calore specifico, in sostanza penso che sia giusto il procedimento, a meno che una quantità di ghiaccio oltre che liquefarsi non evapori anche o che si raggiunga una condizione con solo fase liquida con variazione della temperatura.
"lisdap":
Ciao ragazzi, mi aiutate a capire bene questa cosa?
Su un libro di fisica leggo questa definizione operativa di calore.
"Se un recipiente contiene una miscela di acqua e ghiaccio fra di loro in equilibrio e se il recipiente viene posto per un certo tempo a contatto con un sistema più caldo, si riscontra che una parte del ghiaccio fonde, senza che tuttavia cambi la temperatura della miscela (purché il sistema rimanga bifasico).
Il CALORE che il recipiente ha ricevuto E' MISURATO, per definizione, dalla quantità di ghiaccio che si è fuso."
Quindi, stando a questa definizione di calore, se faccio un simile esperimento e si sciolgono $0,2 Kg$ di ghiaccio, posso concludere che, per definizione, il sistema ha assorbito una quantità di calore pari a $0,2$.
Domanda 1: $0,2$ che cosa?
Poi il libro prosegue dicendo:
"Come unità di misura del calore per lungo tempo è stata usata la CALORIA, definità come la quantità di calore che va sottratta a un grammo di acqua per far scendere la sua temperatura da $15,5 °C$ a $14,5 °C$"
Non capisco bene qual è il collegamento tra queste due frasi.
Insomma, sento che i miei dubbi stanno nel concetto di unità di misura, cosa che a noi aspiranti ingegneri non spiegano affatto. Gradirei dunque che qualcuno mi facesse comprendere questa faccenda.
Grazie mille.
Avevo già letto questo post a Febbraio, non ho avuto modo di rispondere. Varie considerazioni sono state fatte in seguito da altri intervenuti.
Comunque, volevo dirti che ho qui, aperto davanti a me, il libro da cui hai preso la definizione. Ti invito a proseguire nella lettura del paragrafo, che dice, dopo aver accennato al calorimetro a ghiaccio Bunsen: " La taratura del calorimetro a ghiaccio può essere effettuata tenendo conto che per sciogliere un grammo di ghiaccio a 0°C sono necessarie circa 79.7 calorie. ( quindi, il calore latente di fusione del ghiaccio è $ \lambda_g = 79.7(cal)/g $ )
Pertanto, se sciogli 0.2 kg di ghiaccio, hai utilizzato $79.7(cal)/(g) *200g = 15940 cal = 15.94 kcal $
Non puoi chiedere :" 0.2 che cosa ? ", devi moltiplicare per il calore latente di fusione. Concordo con te che forse la frase "Il CALORE che il recipiente ha ricevuto E' MISURATO, per definizione, dalla quantità di ghiaccio che si è fuso." non è, di per sè, molto felice.
"lisdap":
Concludendo il discorso di prima, una volta che è stato definito il calore e la sua unità di misura, immergendo corpi qualunque nel calorimetro, attraverso misurazioni della quantità di ghiaccio disciolto o solidificatosi, quindi del calore scambiato, e della variazione di temperatura del corpo, è possibile dimostrare che la legge che lega la variazione di temperatura di un corpo ed il calore scambiato è di tipo lineare, con una costante di proporzionalità detta capacità termica. E' giusto?
La legge che lega la variazione di temperatura di un corpo con la quantità di calore scambiato non è lineare.
Innanzitutto, se parli di un solido, devi escludere cambiamenti di stato, è ovvio ( vedi proprio il ghiaccio che fonde a temperatura costante...) . Poi, risulta che il calore specifico di un corpo solido è funzione della sola temperatura , ma non è costante con essa.
Vero è che per molte sostanze, specie i metalli, lo si può ritenere costante entro intervalli abbastanza ampi di temperatura.
Leggi il capitolo su "Il primo principio della Termodinamica" in quello stesso libro: la questione è ben spiegata, e si accenna anche alla legge empirica di Dulong e Petit : il calore molare ha un valore che è di regola simile per sostanze diverse, e prossimo a 6 calorie per mole e per grado.
Quando poi passiamo ai gas, non parliamo proprio di "valore costante": il calore specifico dipende dalla particolare trasformazione termodinamica subita dal gas, come del resto la "quantità di calore" , che non è una funzione di stato.
Non mi domandare " come fanno ? ", non lo so. In qualche modo hanno fatto, comunque.
Perchè dici che agli aspiranti ingegneri non spiegano le unità di misura? Hai voglia te, quante volte ci sbatterai il naso, nelle unità di misura! Ti conviene impararle per bene. Sapessi quante unità di misura, ufficialmente abolite, sono ancora in uso nel mondo!
In alcuni casi il ghiaccio può liquefare anche solo se viene cambiato il suo stato di sollecitazione, senza apporto di calore. Anche per un liquido che evapora il calore da cedere nella trasformazione di evaporazione può comabiare significativamente in base alla pressione raggiunta nello stato finale della trasformazione (solo lo stato finale, a parità di stato iniziale e a parità di liquido evaporato).
"navigatore":
Avevo già letto questo post a Febbraio, non ho avuto modo di rispondere. Varie considerazioni sono state fatte in seguito da altri intervenuti.
Comunque, volevo dirti che ho qui, aperto davanti a me, il libro da cui hai preso la definizione. Ti invito a proseguire nella lettura del paragrafo, che dice, dopo aver accennato al calorimetro a ghiaccio Bunsen: " La taratura del calorimetro a ghiaccio può essere effettuata tenendo conto che per sciogliere un grammo di ghiaccio a 0°C sono necessarie circa 79.7 calorie. ( quindi, il calore latente di fusione del ghiaccio è $ \lambda_g = 79.7(cal)/g $ )
Pertanto, se sciogli 0.2 kg di ghiaccio, hai utilizzato $79.7(cal)/(g) *200g = 15940 cal = 15.94 kcal $
Non puoi chiedere :" 0.2 che cosa ? ", devi moltiplicare per il calore latente di fusione. Concordo con te che forse la frase "Il CALORE che il recipiente ha ricevuto E' MISURATO, per definizione, dalla quantità di ghiaccio che si è fuso." non è, di per sè, molto felice.
La legge che lega la variazione di temperatura di un corpo con la quantità di calore scambiato non è lineare.
Innanzitutto, se parli di un solido, devi escludere cambiamenti di stato, è ovvio ( vedi proprio il ghiaccio che fonde a temperatura costante...) . Poi, risulta che il calore specifico di un corpo solido è funzione della sola temperatura , ma non è costante con essa.
Vero è che per molte sostanze, specie i metalli, lo si può ritenere costante entro intervalli abbastanza ampi di temperatura.
Leggi il capitolo su "Il primo principio della Termodinamica" in quello stesso libro: la questione è ben spiegata, e si accenna anche alla legge empirica di Dulong e Petit : il calore molare ha un valore che è di regola simile per sostanze diverse, e prossimo a 6 calorie per mole e per grado.
Quando poi passiamo ai gas, non parliamo proprio di "valore costante": il calore specifico dipende dalla particolare trasformazione termodinamica subita dal gas, come del resto la "quantità di calore" , che non è una funzione di stato.
Non mi domandare " come fanno ? ", non lo so. In qualche modo hanno fatto, comunque.
Perchè dici che agli aspiranti ingegneri non spiegano le unità di misura? Hai voglia te, quante volte ci sbatterai il naso, nelle unità di misura! Ti conviene impararle per bene. Sapessi quante unità di misura, ufficialmente abolite, sono ancora in uso nel mondo!
Ciao, mi trovo tra le mani il libro "Fisica Generale" di Sergio Rosati, recuperato da un garage nel quale sarebbe stato destinato a marcire.
Aprendolo sulle pagine della calorimetria, il concetto di calore viene definito in maniera totalmente diversa rispetto a quanto fa il mencuccini-silvestrini, e, a mio giudizio, molto più rigorosa.
In breve, il testo dice questo.
Consideriamo due corpi della stessa sostanza, di masse $m_1, m_2$ e temperature $T_1,T_2$. Sia $T$ la temperatura di equilibrio raggiunta a seguito del contatto fisico.
Sperimentalmente, si trova che la relazione esistente tra le cinque grandezze è, nel caso di corpi della stessa sostanza: $m_1*(T-T_1)=m_2*(T_2-T)$.
Supponiamo ora che i corpi (messi in contatto fisico) siano di sostanze diverse. Se sostituiamo alle incognite dell'equazione di cui sopra i dati reali, si ha che l'equazione non è soddisfatta. Essa però lo diventa se si moltiplicano entrambi i membri per due coefficienti $c_1,c2$, detti calori specifici dei due corpi. In tal caso, dunque, abbiamo l'identità
$m_1*c_1*(T-T_1)=m_2*c_2*(T_2-T)$. Si verifica inoltre che, congelando i valori $m_2, T_1,T_2$, qualunque sia il valore della massa del corpo uno, affinché l'equazione sia soddisfatta $c_1$ rimane sempre lo stesso. Dunque, possiamo concludere che il calore specifico di un corpo non dipende dalla sua massa. Lo stesso ragionamento si fa per il corpo due.
L'equazione $m_1*c_1*(T-T_1)=m_2*c_2*(T_2-T)$ si può riscrivere come $ sum_(i = 1)^2 m_i*c_i*(T-T_i)=0$.
La quantità $m_i*c_i*(T-T_i)$ viene detta, per definizione, calore scambiato dal corpo i-esimo; in particolare, se la temperatura di equilibrio è maggiore di quella iniziale, si dirà che il corpo ha assorbito calore, e viceversa.
In questa trattazione, dunque, mi pare che il calore venga considerato una grandezza fisica derivata, al contrario di quella data precedentemente, o sbaglio?
Come si dimostra che la definizione del rosati è equivalente a quella del mencuccini?
Grazie.
UP!
Penso che la definizione di calore scambiato da un sistema termodinamico come somma tra la variazione della funzione di stato energia interna e il lavoro prodotto, sia semplice e rigorosa.
Seguendo l'approccio che hai trovato devono essere fatte delle precisazioni sulle pressioni dei sistemi posti in contatto termico (Che cosa significa contatto fisico ?). Il calore specifico a pressione costante in generale è diverso da quello a volume costante, per esempio, e il calore latente di liquefazione viene valutato in una trasformazione a pressione costante ed è diverso come definizione dal calore specifico, così come è diversa dalla definizione di energia di formazione dei composti chimici.
Seguendo l'approccio che hai trovato devono essere fatte delle precisazioni sulle pressioni dei sistemi posti in contatto termico (Che cosa significa contatto fisico ?). Il calore specifico a pressione costante in generale è diverso da quello a volume costante, per esempio, e il calore latente di liquefazione viene valutato in una trasformazione a pressione costante ed è diverso come definizione dal calore specifico, così come è diversa dalla definizione di energia di formazione dei composti chimici.
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