SCAMBI TERMICI E CALORE SPECIFICO
L'energia meccanica viene dissipata sotto forma di energia termica = determina un aumento di temperatura dei corpi e dell'aria circostante.
L'energia meccanica e quella termica sono due diverse forme di energia che provocano lo stesso effetto su un corpo.
James Prescott Joule equivalenza tra energia meccanica e termica: servono 4196 J di energia meccanica per innalzare di 1 K la temperatura di un Kg di acqua. 
L'aumento della temperatura di un corpo è direttamente proporzionale al calore fornito. La capacità termica di un corpo è il rapporto tra l'energia acquistata e la variazione di temperatura registrata. C=ΔE/ΔT
Rappresenta la quantità di energia necessaria per aumentare la temperatura di un corpo di 1 K. Si misura in Joule/Kelvin (J/K)
Sintetizzando capacità termica e calore specifico in un'unica relazione si ottiene l'equazione fondamentale della termologia. ΔE = Q = c·m·ΔT Essa lega l'energia fornita a un corpo al suo calore specifico, la sua massa e la variazione di temperatura registrata.
Corpi della stessa sostanza, in quantità diverse, hanno bisogno di una corrispondente variazione di energia termica fornita. Il calore specifico di un corpo è il rapporto tra la capacità termica del corpo e la sua massa. c=C/m
Rappresenta la quantità di energia necessaria per far aumentare di 1 K (o 1 C°) la temperatura di 1 Kg di quella sostanza. Si misura in J/(Kg·K)
Considerando che il calore risulta negativo quando viene ceduto da un corpo e risulta invece positivo quando è acquistato da un corpo, se ci si trova in un sistema isolato e due corpi scambiano calore, quello ceduto da uno dei corpi corrisponderà totalmente a quello acquisito dall'altro.
Due corpi si scambiano calore fino a raggiungere un condizione di equilibrio termico, con una temperatura di equilibrio Te intermedia tra le due temperature iniziali.
Si parla di temperatura di equilibrio del sistema Te=(c1·m1·T1 + c2·m2·T2)/(c1·m1 + c2·m2)
Il calorimetro è uno strumento che può essere utilizzato per determinare il calore specifico di una sostanza incognita sapendo la temperatura iniziale del corpo, il calore specifico e la temperatura dell'acqua nel calorimetro.
La propagazione del calore
Si possono definire tre modalità di propagazione del calore, ciascuno dei quali si distingue per il "mezzo" di trasporto del calore, ricordando che esso si muove sempre da un corpo più caldo a uno più freddo.
CONDUZIONE: caratteristica dei corpi solidi. Fu studiata anche da Joseph Fourier che dedusse una relazione tra calore, tempo e temperatura: Legge di Fourier della conduzione termica.
CONVEZIONE: il calore viene trasmesso attraverso moti convettivi con trasporto di energia (es. moti convettivi nell'acqua, nell'aria, nel mantello della Terra...)
IRRAGGIAMENTO: l'energia termica si muove nel vuoto o in un "mezzo" senza spostamento di materia.
Trasferimenti di calore da un corpo a un altro possono causare alcuni fenomeni ben visibili: 1) PASSAGGI DA UNO STATO FISICO AD UN ALTRO; 2) CAMBIAMENTO NELLA TEMPERATURA DEL CORPO; 3) DILATAZIONE TERMICA
STATI FISICI DELLA MATERIA E PASSAGGI DI STATO
La materia, formata da varie sostanze diverse per caratteristiche, è costituita da un insieme di molecole, a loro volta formate da atomi. Queste particelle sono tenute insieme da forze di coesione e sono in continuo movimento (come una vibrazione) in quanto possiedono una propria agitazione termica.
In natura esistono 92 tipi di atomi diversi tra loro, ciascuno che prende il nome di elemento chimico. Le molecole si formano per aggregazione di atomi (possono essere monoatomiche, biatomiche, poliatomiche...
A seconda della differente intensità di forza di coesione e agitazione termica delle sue molecole e die suoi atomi, un corpo si può trovare in un diverso stato di aggregazione (solido, liquido, gassoso).
Stato liquido: ha un volume proprio, ma prende la forma del recipiente che lo contiene.
Stato gassoso o aeriforme: prende la forma del recipiente che lo contiene, ma non ha un volume proprio infatti tende a occupare tutto lo spazio a sua disposizione.
Stato solido: ha un volume e una forma propri. Nei solidi cristallini la struttura interna della molecola è molto regolare ed è possibile individuare la cella elementare; nei solidi amorfi non si trova questa regolarità.
Fornendo o cedendo calore a un corpo se ne causa una variazione nell'agitazione termica delle molecole e un conseguente passaggio di stato.
Aumentando il calore in un corpo si passa dallo stato solido allo stato gassoso attraverso i seguenti passaggi di stato: FUSIONE (solido -> liquido); VAPORIZZAZIONE (liquido -> gassoso). Diminuendo il calore in un corpo si passa dallo stato gassoso allo stato solido attraverso i seguenti passaggi di stato: CONDENSAZIONE o LIQUEFAZIONE (gassoso -> liquido); SOLIDIFICAZIONE (liquido -> solido). Se i passaggi avvengono "saltando uno step" si parla di: SUBLIMAZIONE (solido -> gassoso) e BRINAMENTO (gassoso -> solido).
I passaggi di stato, alle condizioni di pressione atmosferica normale (1 atm). avvengono a determinate temperature (temperatura di fusione e temperatura di ebollizione) specifiche per ciascuna sostanza.
La quantità di calore necessaria per completare un passaggio di stato è definito CALORE LATENTE: esso permette la prosecuzione del passaggio di stato, senza che avvengano variazioni nella misura della temperatura, che eventualmente riprende ad aumentare o diminuire una volta che tutta la sostanza ha compiuto il passaggio dallo stato fisico iniziale a quello finale.
Il calore latente è definito come la quantità di calore necessaria per far cambiare di stato 1 Kg di una certa sostanza.
TEMPERATURA
L'unità di misura del calore latente nel sistema internazionale (S.I.) è il Joule/chilogrammo (J/Kg)
Indicando con Q la quantità di calore necessaria a portare un cambiamento di stato di una certa massa m di sostanza che si trova già alla temperatura corrispondente al passaggio di stato allora si avrà:
Lf=Q/m Lv=Q/m
La temperatura è la misura dello stato termico di un corpo, cioè la misura di quanto il corpo è caldo o freddo. Dipende dal calore: fornendo calore a un corpo se ne aumenta la temperatura, sottraendo calore a un corpo la temperatura si abbassa.
La temperatura si misura con il termometro e la sua unità di misura nel S.I. è il grado Kelvin. Tuttavia esistono altre scale utilizzate per misurare la temperatura (scala Celsius e scala Fahrenheit).
Le scale termometriche sono costruite prendendo dei valori fissi come base di riferimento. Attraverso delle opportune conversioni matematiche si può facilmente passare da una scala termometrica all'altra.
Scala Kelvin: ha come riferimento lo zero assoluto, cioè la temperatura più bassa registrabile. Tale temperatura, 0 K, corrisponde a -273,15°C. La scala Kelvin non prevede valori negativi di temperatura.
Scala Celsius: ha come riferimenti la temperatura del ghiaccio fondente (O°C) e quella dell'acqua bollente (100°C). Prevede anche valori negativi di temperatura.
Scala Fahrenheit: ha come riferimenti la temperatura del ghiaccio fondente (32°F) e quella dell'acqua bollente (112°F).
DILATAZIONE TERMICA
L'aumento di energia (calore) nei corpi causa una variazione dell'energia cinetica (agitazione termica) e della forza di coesione delle molecole in quel corpo.
Fornendo calore si aumenta l'agitazione termica e si diminuisce la forza di coesione tra le molecole.
Sottraendo calore si diminuisce l'agitazione termica e si aumenta la forza di coesione tra le molecole.
L'aumento dell'agitazione termica delle molecole ne causa una loro espansione nello spazio e di conseguenza un aumento del volume del corpo. Questo fenomeno è conosciuto come dilatazione termica.
Non tutti i materiale si comportano allo stesso modo. Ogni sostanza ha infatti un proprio e specifico coefficiente che lega la lunghezza o il volume iniziale e la lunghezza o il volume finale dopo una variazione di calore (espressa come variazione di temperatura) nota.
