Come Calcolare la Capacità Termica

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La capacità termica misura la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado la temperatura di un corpo. Trovare la capacità termica di un materiale si riduce a una semplice formula: basta dividere il calore scambiato fra il corpo e l’ambiente per la differenza di temperatura, così da ottenere l’energia per grado. Ogni materiale esistente ha la propria specifica capacità termica.

Formula: capacità termica = (calore scambiato) / (differenza di temperatura)

Parte 1

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Calcolare la Capacità Termica di un Corpo

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Impara la formula della capacità termica. Per conoscere questa caratteristica di un materiale basta dividere la quantità di energia fornita (E) per la differenza di temperatura generata (T). Secondo tale definizione, la nostra equazione è: capacità termica = E / T.
- Esempio: per aumentare la temperatura di un blocco di 5 °C è necessaria un'energia di 2000 J (joule). Qual è la capacità termica del blocco?
- Capacità termica = E / T.
- Capacità termica = 2000 J / 5 °C.
- Capacità termica = 500 J/°C (joule per grado Celsius).
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Trova la differenza di temperatura per le variazioni di diversi gradi. Per esempio, se vuoi conoscere la capacità termica di un corpo a cui bisogna applicare una energia di 60 J per generare un aumento di temperatura da 8 °C a 20 °C, allora, come prima cosa, devi conoscere la differenza di temperatura. Poiché 20 °C – 8 °C = 12 °C, sai che la temperatura del corpo è cambiata di 12 °C. Procedendo:
- Capacità termica = E / T.
- Capacità termica del corpo = 60 J / (20 °C – 8 °C).
- 60 J / 12 °C.
- Capacità termica del corpo = 5 J / °C.
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Utilizza le unità di misura corrette affinché le soluzioni ai problemi siano sensate. Una capacità termica di 300 non ha alcun significato, se non sai come è stata misurata. La capacità termica si misura in energia per grado. Dato che l’energia si esprime in joule (J) e la differenza di temperatura in gradi Celsius (°C), allora la tua soluzione indica quanti joule sono necessari per generare una differenza di temperatura di un grado Celsius. Per tale ragione la tua risposta deve essere espressa come 300 J/°C, o 300 joule per grado Celsius.
- Se hai misurato l’energia in calorie e la temperatura in kelvin, allora la tua risposta sarà 300 cal/K.
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Ricorda che questa formula è valida anche per il processo di raffreddamento dei corpi. Quando un oggetto diventa più freddo di 2 gradi, perde la stessa quantità di calore che acquisirebbe se aumentasse la sua temperatura di 2 gradi. Per tale ragione, se il problema di fisica richiede: "Qual è la capacità termica di un oggetto che perde 50 J di energia e abbassa la sua temperatura di 5 °C?", allora la tua risposta sarà:
- Capacità termica: 50 J / 5 °C.
- Capacità termica = 10 J/°C.
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Parte 2

Parte 2 di 2:

Usare il Calore Specifico di un Materiale

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Sappi che il calore specifico è la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado la temperatura di un grammo di materiale. Quando conosci la capacità termica di una unità di massa di un oggetto (1 grammo, 1 oncia, 1 chilogrammo e così via), allora hai trovato il calore specifico del materiale. Il calore specifico indica quanta energia è necessaria per aumentare di un grado una unità di materiale. Per esempio, sono necessari 0,417 J per aumentare di un grado Celsius la temperatura di un grammo d’acqua. Per questa ragione il calore specifico dell’acqua è 0,417 J/°Cg.
- Il calore specifico di un materiale è un valore costante. Questo significa che tutta l’acqua pura ha sempre un calore specifico di 0,417 J/°Cg.
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Usa la formula della capacità termica per trovare il calore specifico dell’oggetto. Non è un procedimento difficile, basta suddividere la risposta finale per la massa del corpo. Il risultato ti dirà quanta energia è necessaria per ogni unità di massa del materiale – ad esempio quanti joule sono necessari per cambiare di 1 °C 1 g di ghiaccio.
- Esempio: "Ho 100 g di ghiaccio. Sono necessari 406 J per aumentare la sua temperatura di 2 °C, qual è il calore specifico del ghiaccio?"'
- Capacità termica per 100 g di ghiaccio = 406 J / 2 °C.
- Capacità termica per 100 g di ghiaccio = 203 J/°C.
- Capacità termica per 1 g di ghiaccio = 2,03 J/°Cg.
- Se hai dei dubbi, pensa in questi termini: sono necessari 2,03 J di energia per aumentare di un grado Celsius la temperatura di un solo grammo di ghiaccio. Quindi, se hai 100 g di ghiaccio, dovrai moltiplicare l’energia per 100 volte.
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Usa il calore specifico per trovare l’energia necessaria per aumentare di diversi gradi la temperatura di qualunque materiale. Il calore specifico di un materiale esprime la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado Celsius una unità di materia (solitamente 1 g). Per trovare il calore necessario per aumentare di un determinato numero di gradi un qualunque oggetto, basta moltiplicare tutti i dati fra loro. Energia necessaria = massa x calore specifico x variazione di temperatura. Il prodotto va sempre espresso secondo l’unità di misura dell’energia, solitamente in joule.
- Esempio: se il calore specifico dell’alluminio è 0,902 J/°Cg, quanta energia è necessaria per aumentare di 2 °C la temperatura di 5 g di alluminio?
- Energia necessaria: = 5g x 0,902 J/°Cg x 2 °C.
- Energia necessaria = 9,2 J.
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Impara il calore specifico di diversi materiali di uso comune. Per avere un aiuto pratico, vale la pena imparare i valori del calore specifico di molti materiali che vengono utilizzati negli esempi dei test e nei compiti di fisica, o nei quali ti imbatterai nella vita reale. Che insegnamento puoi trarre da questi dati? Ad esempio puoi notare che il calore specifico dei metalli è molto più basso di quello del legno, il che significa che un cucchiaio di metallo si scalda più velocemente rispetto a uno di legno quando lo dimentichi in una tazza di cioccolata calda. Un valore basso di calore specifico indica variazioni di temperatura più rapide.
- Acqua: 4,179 J/°Cg.
- Aria: 1,01 J/°Cg.
- Legno: 1,76 J/°Cg.
- Alluminio: 0,902 J/°Cg.
- Oro: 0,129 J/°Cg.
- Ferro: 0,450 J/°Cg.
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Consigli

Nel Sistema Internazionale, l’unità di misura della capacità termica è il joule per kelvin, e non il solo joule.
La differenza di temperatura si rappresenta con la lettera greca delta (Δ) anche nell’unità di misura (per cui si scrive 30 ΔK e non solo 30 K).
Il calore (energia) deve essere espresso in joule secondo il Sistema Internazionale (vivamente consigliato).