L’importanza della capacità termica e la sua conversione di unità di misura
La capacità termica è un parametro fondamentale che indica quanto un corpo possa assorbire o rilasciare calore senza subire brusche variazioni di temperatura. La sua definizione matematica si basa sul calore specifico di un materiale, che rappresenta la quantità di calore necessaria per far variare di 1 grado Kelvin la temperatura di 1 chilogrammo di sostanza.
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Nel Sistema Internazionale, il calore specifico viene misurato in joule al chilogrammo per grado Kelvin (J/kg∙K). Questa grandezza permette di calcolare la capacità termica di un corpo in relazione alla quantità di calore trasferita e alla variazione di temperatura ottenuta.
Unità di misura e calcolo della capacità termica
L’unità di misura della capacità termica è il joule per Kelvin (J/K), equivalente al joule per grado Celsius (J/°C), poiché la variazione di temperatura è numericamente la stessa indipendentemente dall’unità di misura utilizzata.
Inoltre, la capacità termica può essere valutata in relazione alla quantità di sostanza, assumendo così diverse unità di misura: la capacità termica molare si esprime in J/K∙mol, mentre quella per grammo è riportata in J/K∙g.
In situazioni in cui è più conveniente utilizzare l’entalpia come funzione di stato, ad esempio a pressione costante senza lavoro elettrico o meccanico, è possibile calcolare la capacità termica a pressione costante (Cₚ). In questo caso, ΔH = CₚΔT, dove l’unità di misura di Cₚ è espressa in joule per Kelvin o Celsius per mole o grammo di sostanza.
Esercizio pratico sulla variazione di entalpia per mole di etanolo
Per comprendere meglio il concetto di capacità termica, consideriamo un esercizio pratico. Immaginiamo di avere una bomba calorimetrica contenente 1200 grammi di acqua a 22.46°C e di bruciare 0.510 grammi di etanolo. Se la temperatura finale dell’acqua è di 25.52°C, possiamo calcolare la variazione di entalpia per mole di etanolo.
Dalla variazione di temperatura dell’acqua e dal calore specifico (4.18 J/g°C), possiamo determinare il calore assorbito dall’acqua durante il processo. Utilizzando la conservazione dell’energia, possiamo ottenere il calore liberato dalla reazione, e, di conseguenza, calcolare la variazione di entalpia per mole di etanolo utilizzato.
Questo semplice esercizio fornisce un esempio concreto di come la capacità termica e l’entalpia siano fondamentali per comprendere e analizzare le trasformazioni energetiche nei processi termici.
