La capacità termica molare è la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di 1 mole di una sostanza di 1 unità & si calcola dividendo la capacità termica per il numero totale di moli.
Vi siete mai chiesti perché non ci scottiamo mentre usiamo una padella?
Ovviamente, è il manico che ci protegge, ma perché non diventa caldo come la padella stessa? È esposto alla stessa quantità di calore, dopo tutto.
Beh, per cominciare, un manico di padella è tipicamente fatto di plastica, il che significa che è un cattivo conduttore di calore. Inoltre, data la stessa quantità di esposizione al calore, l’aumento della temperatura del manico in plastica è molto inferiore a quello della parte in metallo. Questo è attribuito all’alta capacità termica del manico, rispetto al metallo di cui è fatta la padella.
La capacità termica è definita come la quantità di energia termica necessaria per aumentare la temperatura di una data massa di una sostanza di una unità. La capacità termica specifica e la capacità termica molare sono proprietà derivate dalla capacità termica di un materiale.
A causa dell’alta capacità termica del manico, non si scalda quanto la padella stessa (Photo Credit : Kzenon/).
Calore specifico & Calore specifico molare
La capacità termica è una proprietà estesa, cioè, dipende dalla quantità e dalle dimensioni della sostanza. In fisica, una forma modificata di capacità termica (chiamata capacità termica specifica o semplicemente calore specifico) è comunemente usata. Il calore specifico non varia con la quantità della sostanza ed è quindi una proprietà più utile.
Il calore specifico è definito come la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di un’unità di massa della sostanza di 1 unità di temperatura. Matematicamente, è la capacità termica di una sostanza divisa per la sua massa. La formula del calore specifico è:
Qui, c è il calore specifico e ha unità J/kg.K, C è la capacità termica di una sostanza in J/K e m è la massa della sostanza in chilogrammi. Un’altra formula molto importante usata per esprimere il calore specifico è:
Qui, c rappresenta nuovamente il calore specifico, ΔQ è la differenza di energia termica in joule, m è la massa della sostanza e ΔT è la differenza di temperatura in Kelvin.
In chimica – dove la quantità di una sostanza è solitamente misurata in moli, non in grammi – modificare ulteriormente la definizione e la formula della capacità termica per includere le moli rende le cose molto più semplici.
La capacità termica molare è definita come la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di 1 mole di una sostanza di 1 Kelvin, non varia con la quantità di sostanza.
Matematicamente, è la capacità termica di una sostanza divisa per il numero di moli e si esprime come:
Qui, cm è la capacità termica molare (J/K.mol), C è la capacità termica (J/K), e n è il numero di moli (mol).
Il calore specifico e la capacità termica molare possono non variare con la quantità o la dimensione della sostanza, ma i loro valori fluttuano in base al metodo di determinazione.
Quando si fornisce energia termica a una sostanza, in particolare ai gas, l’aumento di temperatura è accompagnato da un aumento di volume o di pressione, e talvolta di entrambi. Questi fenomeni sono spiegati dalla legge di Charles e dalla legge di Gay-Lussac.
CP,m & CV,m sono spesso usati per rappresentare le capacità termiche molari misurate a pressione costante (isobarica) e a volume costante (isocora), rispettivamente.
Il valore del calore specifico molare a pressione costante è sempre maggiore di quello misurato a volume costante. Questo perché il calore fornito a pressione costante è utilizzato per produrre lavoro ed espandersi in volume, mentre il calore fornito a volume costante è interamente utilizzato per aumentare la temperatura della sostanza.
Il rapporto tra CP e CV è chiamato rapporto di capacità termica o indice adiabatico (γ = CP/CV), ed è un termine importante quando si lavora con processi reversibili in termodinamica. D’altra parte, la differenza tra CP,m & CV, m è uguale alla costante universale dei gas R. L’espressione CP,m – CV, m = R è chiamata relazione di Mayer.
Come calcolare la capacità termica molare di una sostanza?
Trovare la capacità termica di una sostanza, e quindi il suo calore specifico e la sua capacità termica molare, non è esattamente scienza missilistica. I valori possono essere calcolati semplicemente scomponendo le loro definizioni, trovando le singole quantità (la quantità di calore fornita o rimossa, la temperatura iniziale, la temperatura finale, la massa e il numero di moli della sostanza) e sostituendo questi valori nei loro rispettivi posti nelle formule.
Passo 1: Trovare la capacità termica
Come già definito, la capacità termica è la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di una quantità nota della sostanza di una unità. La definizione è espressa come:
Qui, C è la capacità termica, Q rappresenta l’energia termica e ΔT è la differenza di temperatura. ΔQ può anche sostituire Q.
ΔT è T1-T2, dove T1 è la temperatura iniziale e T2 è la temperatura finale della sostanza. Inizia annotando la temperatura iniziale/di partenza T1 con un termometro. Inoltre, pesare il campione (m) e annotare il valore in kg per un uso successivo.
In seguito, fornire una quantità nota di energia termica (Q) al sistema. La quantità di energia termica può essere annotata in joule o in calorie. Una volta che hai finito di fornire calore, aspetta che la temperatura si stabilizzi e annota la temperatura finale come T2.
Converti il valore della temperatura in Kelvin aggiungendo il numero 273,15 al valore Celsius (0°c = 273,15 K). Se il valore dell’energia termica fornita è disponibile in calorie, convertirlo in joule. Moltiplicate la quantità di energia termica in calorie per 4,184 per ottenere la quantità in joule (1 cal = 4,184 joule).
Infine, sostituite i valori di Q, T1 e T2 nella formula della capacità termica. Prendi una calcolatrice o usa il tuo cervello per eseguire i calcoli e ottenere la capacità termica del campione. Le unità di misura della capacità termica sono J/K.
Step 2: Trovare la capacità termica specifica o il calore specifico
La capacità termica specifica o il calore specifico si trovano facilmente dividendo la capacità termica del campione per la sua massa (c = C/m). Andate avanti e dividete il valore di C trovato nel passo precedente per il valore di m, anch’esso annotato nel passo precedente, per ottenere il calore specifico del campione. La quantità risultante avrà le unità J/kg.K
Passo 3: Determinazione della capacità termica molare
Se scorri indietro e dai un’occhiata alla formula della capacità termica molare (cm= C/n), troverai il termine ‘n’, che rappresenta il numero di moli del campione. Per trovare il numero di moli, dividi la quantità del campione per la sua massa molare.
Ora che avete trovato n, sostituisci il valore della capacità termica (C) e il numero di moli (n) nella formula e calcola la capacità termica molare.
Un altro metodo per determinare la capacità termica molare è moltiplicare il calore specifico (c) del campione per la sua massa molare (M). Quando fai questo, assicurati di convertire la massa molare in kg/mol.
Metodo alternativo – Usare un calorimetro
Un altro metodo per determinare il calore specifico di una sostanza è usare un calorimetro. Un calorimetro è un apparecchio scientifico composto dalle seguenti parti: un recipiente interno e uno esterno, un agitatore, un termometro, materiale isolante, ecc. Il recipiente interno o coppa contiene il materiale campione il cui calore specifico deve essere determinato. È posto al centro del recipiente esterno, che è riempito d’acqua. La procedura inizia annotando la massa e la temperatura iniziale sia dell’acqua che della sostanza campione.
Il calorimetro è usato per misurare il flusso di calore in una reazione; questa tecnica è chiamata calorimetria. (Photo Credit : Fouad A. Saad/)
Il campione viene poi riscaldato con dei fili di accensione. Quando la temperatura del campione sale al di sopra della temperatura dell’acqua esterna, inizia il trasferimento di calore tra i due. Dopo un certo periodo di tempo, il flusso elettrico viene spento e vengono misurate le temperature finali dell’acqua e del campione. L’energia termica persa dal materiale del campione sarà uguale al calore guadagnato dall’acqua nel recipiente esterno. Usiamo ora la formula ΔQ = mcΔT.
Per il campione, ΔQs= (mcΔT)s, e per l’acqua, ΔQw=(mcΔT)w.
Ma ΔQs = ΔQw. Quindi, (mcΔT)s = (mcΔT)w.
Sostituire i valori della massa del campione e dell’acqua (ms e mw, rispettivamente), la variazione di temperatura (ΔTs = T1s-T2s e ΔTw = T1w-T2w) e il calore specifico dell’acqua (cw) come 4,1796 kJ/kg.K per determinare il calore specifico del campione (cs). Una volta trovato il calore specifico della sostanza, moltiplicandolo per la sua massa molare si ottiene la capacità termica molare della sostanza.
Applicazioni della capacità termica
La capacità termica di una sostanza determina dove e quando può essere utilizzata. Per esempio, i manici e le impugnature degli utensili sono fabbricati con materiali ad alta capacità termica per la sicurezza degli utenti. I termometri, d’altra parte, sono fatti con materiali a bassa capacità termica specifica in modo da poter rilevare anche le più piccole fluttuazioni di temperatura.
Un altro esempio di questo è l’uso dell’acqua nei sistemi di raffreddamento dei motori. L’acqua ha la più alta capacità termica specifica tra tutti i liquidi. Per la stessa quantità di calore, l’aumento della temperatura dell’acqua è molto piccolo, rendendola una scelta ideale per un liquido/agente di raffreddamento.
Anche il fenomeno dell’acqua dell’oceano che rimane più fresca dell’aria e della sabbia circostante in una calda giornata estiva, nonostante sia esposta alla stessa quantità di calore del sole, può essere spiegato usando il concetto di capacità termica. L’alta capacità termica dell’acqua è responsabile di molti eventi naturali, tra cui il clima della Terra e la sopravvivenza della vita acquatica!
FAQs
Cos'è la capacità termica molare? ›
Capacità termica molare o calore molare: la capacita' termica di una mole di una certa sostanza ( 1 mol = 1 numero di avogadro di molecole di quella sostanza ) ( J/(K*mol) )
Come si calcola la capacità termica? ›La formula è la seguente: "Cs = C/m" dove "C" è la capacità termica del corpo e "m" è la massa del corpo. A sua volta la capacità termica risulta "C = Q/dt" dove "Q" è la quantità di calore fornita ad un corpo, mentre "dt" (delta t) è il corrispondente innalzamento di temperatura.
Come si calcolano CV e CP? ›Per un gas perfetto di massa molare M, valgono le seguenti proprietà: cv= l/2 R/M; cp= l 2/2. R/M, dove cv è il calore specifico a volume costante, cp è il calore specifico a pressione costante, l è il numero di gradi di libertà, R è la costante del gas perfetto, M è la massa molare.
Qual è la formula per trovare la massa? ›Per calcolare la massa conoscendo densità e volume bisogna moltiplicare la densità per il volume: m=ρ·V.
Come si trova Q in fisica? ›Q = c * m * ∆T
dove: Q è il calore assorbito o ceduto dal corpo. m è la sua massa. ∆T è la variazione di temperatura.
Per ottenere la capacità termica dell'acqua in calorie su kelvin (cal/K) o in calorie su grado centigrado (cal/°C) occorre moltiplicare la massa d'acqua espressa in grammi per il calore specifico dell'acqua in cal/(g·K) o in cal/(g·°C), che è pari a 1.
Come si calcola il Delta T chimica? ›Δt = è la variazione di temperatura subita dal corpo; Δt = tf - t.
Come si ottiene il joule? ›Il joule, indicato con il simbolo J, è la principale unità di misura di lavoro, energia e calore nel Sistema Internazionale. Per definizione 1 joule è il prodotto tra 1 newton e 1 metro: 1 J = (1 N) · (1 m).
Come calcolare la CV? ›La formula per il coefficiente di variazione è: Coefficiente di variazione = (Deviazione standard / media) * 100. In simboli: CV = (SD/xbar) * 100. Moltiplicare il coefficiente per 100 è un passo facoltativo per ottenere una percentuale, invece di un decimale.
Cosa misurano i CV? ›Il CV, Cavallo Vapore, è un'unità di misura della potenza di un motore, molto utilizzata in campo automobilistico. Non è riconosciuta da Sistema Internazionale, che utilizza il Watt (W), e non è una unità di misura legale in Italia dal 1982 (DPR 802/1982).
Quanto vale cp? ›
Note: Il calore specifico a pressione costante dell'aria secca è pari a: cp = 0.24 kcal/kg °C (S.I.: 1,005 kJ/kg°C).
Come si fa a calcolare le moli? ›Il numero di moli (n) si calcola dividendo la massa data (m), espressa in grammi, per la massa di una mole della sostanza considerata, indicata genericamente come peso molare (PM) espressa in g/mol.
A cosa è uguale il volume? ›Il volume (V) è quella proprietà che misura la porzione di spazio occupato da un corpo. Nel Sistema Internazionale l'unità di misura del volume (grandezza derivata) è il metro cubo (m3).
Qual è l'unità di misura del peso? ›L'unità di misura del peso nel Sistema Internazionale è il newton (N); 1N = 1kg ⋅ m/s2.
Cosa indica Q nell equazione? ›L'intercetta invece corrisponde alla lettera q nell'espressione esplicita della equazione della retta, e ha un significato molto semplice: non è nient'altro che l'ordinata del punto di intersezione della retta con l'asse delle ordinate.
Qual è la differenza tra il calore è la temperatura? ›Nel linguaggio quotidiano, i concetti di calore e temperatura non sempre vengono utilizzati correttamente. Eppure tra di loro intercorre una bella differenza? QUALE? Il calore infatti è una forma di energia, mentre la temperatura è la proprietà che misura la quantità di calore di un corpo o una sostanza!
Come si fa a trovare le formule inverse? ›La formula di esempio è: A = B + C, e da essa procediamo per ricavare B che si trova al secondo membro, in questo caso sarà, ovviamente, necessario sottrarre C sia al secondo membro che al primo per equilibrare l'equazione. Quindi si avrà -C + A = B + C - C.
A cosa è uguale il calore? ›Il calore, in quanto energia, si misura in joule ma può anche essere misurato in calorie. Infatti, la caloria, cal, è la quantità di calore necessaria a far aumentare di 1 grado la temperatura di 1 grammo d'acqua, da 14,5 °C a 15,5 °C.
A cosa serve la somma termica? ›La sommatoria termica o gradigiorno (°D) è utilizzata per quantificare l'accumulo termico necessario allo sviluppo degli organismi pecilotermi. Nel calcolo vengono considerate le temperature superiori a determinate soglie, caratteristiche delle diverse specie e fasi fenologiche (es. 0, 5, 10 °C).
In quale unità si misura il calore? ›(che si indicava con il simbolo Cal) pari a 1 kcal, cioè a mille calorie. Nel sistema internazionale (SI) le quantità di calore si misurano in joule e si ha 1 cal = 4, 1868 J.
A cosa serve la formula del delta? ›
La formula delta, che in matematica si chiama anche formula del discriminante, altro non è che un sistema per risolvere le equazioni di secondo grado in forma normale. Non solo, permette anche di poter stabilire quale sia la natura delle equazioni e infine riuscire a raggiungere l'obiettivo, trovate le soluzioni.
A cosa serve calcolare il delta? ›Simbolo delta come discriminante di un'equazione di secondo grado. Per risolvere un'equazione di secondo grado, ossia per trovare la soluzione di un'equazione in cui l'incognita compare al massimo con esponente due, è necessario calcolare il discriminante.
Come si calcola il calore con l entalpia? ›- ΔH°r = ΣnΔHf°prodotti - ΣnΔHf°reagenti
- dove gli n sono i coefficienti stechiometrici dell'equazione chimica e il simbolo Σ denota la somma. ...
- ΔH°r = (ΔHf° CO2 + ΔHf° H2(g)) - (2×ΔHf° H2O(l) + ΔHf° C(s))
| Pascal | |
|---|---|
| In unità base SI | kg × m−1 × s−2 |
| Conversioni 1 Pa in... ...equivale a... | |
| Unità CGS | 10 Ba |
| Unità MTS | 0,001 pz |
La parola joule indica l'unità di misura dell'energia nel Sistema Internazionale. Deriva dal cognome di James Prescott Joule, fisico inglese del 1800.
Quanto e un watt? ›Il watt nel Sistema Metrico Internazionale
Il suo valore è quello di 1 joule al secondo oppure, in unità elettriche, ad un volt per ampere, che a sua volta corrisponde ad 1 newton metro al secondo.
Volendo spiegare il tutto con una formula fisica, potremo dire che C = Q/V. Ricordate che la capacità, per definizione, è sempre positiva.
A cosa serve un CV? ›Curriculum Vitae (CV): cos'è, a cosa serve e tipologie. Il Curriculum Vitae serve a presentare la tua esperienza professionale e mettere in mostra le tue competenze al recruiter. Ecco tutto quello che c'è da sapere sul CV.
Che differenza c'è tra HP e CV? ›Un cavallo vapore (HP o CV ) equivale alla potenza 735,49875 Watt e corrisponde alla potenza necessaria al sollevamento di un peso di 75Kg alla velocità di 1 metro al secondo. Il cavallo vapore (CV) e horse power (HP) sono due unità che misurano la stessa cosa.
Quanti sono 12 CV? ›| Cavalli Fiscali | Cilindrata Motore (CC) Da cm³ | Cilindrata Motore (CC) Fino a cm³ |
|---|---|---|
| 10 Cv | 669,1 | 774,0 |
| 11 Cv | 774,1 | 884,1 |
| 12 Cv | 884,2 | 999,2 |
| 13 Cv | 999,3 | 1.119,1 |
Cosa vuol dire 1600 cc? ›
La cilindrata esprime, in parole spicciole, la capacità in centimetri cubici del motore o propulsore. Quando siamo, ad esempio, davanti ad un'auto alimentata a benzina 1.6, vuol dire che il motore di quell'auto ha una capacità di 1.600 centimetri cubici.
Cosa vuol dire 500 cc? ›La cilindrata del motore, anche detta cubatura, viene misurata in centimetri cubici (cc) ed indica la capacità di pompaggio del motore nel complesso.
Cos'è CV in fisica? ›Il calore specifico di una sostanza è definito come la capacità termica per unità di massa di una quantità fissata di sostanza. Corrisponde alla quantità di calore (o di energia) necessaria per innalzare, o diminuire, di un valore assegnato la temperatura di una quantità fissata di sostanza.
Come si calcola la differenza di temperatura? ›La formula inversa per il calcolo del calore specifico è c = Q /m∆T. La formula inversa per il calcolo della variazione di temperatura è ∆T = Q/mc.
Perché l'acqua del mare è più calda di notte? ›Il mare, dunque, attenua gli sbalzi di temperatura. È chiaro quindi perché l'acqua del mare di notte è calda o perlomeno perché la percepiamo calda: l'acqua, come abbiamo detto, si raffredda più lentamente dell'aria che ci sta sopra, avendo una capacità termica più alta dell'aria e del suolo.
A cosa è uguale la capacità termica? ›In altri termini, la capacità termica è l'attitudine di un corpo ad accumulare il calore. Per un corpo omogeneo, la capacità termica si calcola come prodotto del calore specifico del materiale per la massa del corpo. È misurata in J/K.
Qual è la differenza tra il calore e la temperatura? ›Nel linguaggio quotidiano, i concetti di calore e temperatura non sempre vengono utilizzati correttamente. Eppure tra di loro intercorre una bella differenza? QUALE? Il calore infatti è una forma di energia, mentre la temperatura è la proprietà che misura la quantità di calore di un corpo o una sostanza!