3. Energia, lavoro e calore • L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE 3. Energia, lavoro e calore L’energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro e trasferire calore. Distinguiamo: • energia potenziale: l’energia posseduta dai corpi in virtù della loro posizione o composizione; Ep= P  h • energia cinetica: l’energia associata al movimento dei corpi. Per un oggetto con massa m e velocità v 1

3. Energia, lavoro e calore • L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE 3. Energia, lavoro e calore Il lavoro è il prodotto della forza per lo spostamento L = f  s nel SI l’unità di misura è il joule (J). 1J = (1N) x (1 m) Il lavoro si misura anche in calorie (1 cal = 4,186 J). 2

• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE La legge della conservazione dell’energia afferma che l’energia non può essere né creata né distrutta. Prendiamo in esame la collisione tra due atomi: l’atomo A che si muove più velocemente trasferisce energia all’atomo B per collisione. L’energia totale si conserva.

• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE L’energia potenziale è l’energia posseduta da un corpo in base alla sua posizione o alla disposizione delle sue parti. L’energia cinetica può essere convertita in energia potenziale e viceversa. Quando la ragazza è in (a) o in (c) possiede solo energia potenziale; in (b) solo energia cinetica. L’energia totale si conserva

• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE L'energia potenziale di una molla dipende dalla sua lunghezza. Sia la compressione sia lo stiramento determinano un aumento della sua energia potenziale. L'energia potenziale è minima quando la molla ha la sua lunghezza naturale.

L’unità SI dell’energia è il joule (J). • L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE L’unità SI dell’energia è il joule (J). Un oggetto con una massa pari a 2 kg che si muove alla velocità di 1 metro al secondo possiede un J di energia cinetica. Un’altra importante unità di misura dell’energia è la caloria (cal).

• ENERGIA E TRASFORMAZIONI CHIMICHE L'energia interna è l'energia totale contenuta nelle molecole di un corpo Quando un oggetto freddo e un oggetto caldo vengono a contatto raggiungono un equilibrio termico (la stessa temperatura). L’energia trasferita sotto forma di calore proviene da una riserva di energia interna del corpo. L’energia associata con il movimento delle molecole viene definita energia cinetica molecolare. L’energia che deriva dalle forze di attrazione e repulsione che si stabiliscono tra le molecole viene definita energia potenziale molecolare.

L’energia interna è l’energia totale di tutte le particelle. • L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN CORPO L’energia interna è l’energia totale di tutte le particelle. L’energia interna viene indicata con il simbolo E o U. Noi siamo interessati ai cambiamenti di E: La variazione di energia interna è positiva se il sistema assorbe energia dall’ambiente e negativa se rilascia energia all’ambiente.

• L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN CORPO La temperatura di un corpo è in relazione con l’energia cinetica media delle sue molecole. La temperatura per la curva (1) è più bassa della temperatura della curva (2) perché l’energia cinetica media è minore. Energia cinetica (unità arbitrarie) Frazione del numero totale di particelle che hanno una data energia cinetica

La misura della temperatura viene effettuata dai termometri. • L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN CORPO 4. Temperatura e calore La misura della temperatura viene effettuata dai termometri. I termometri possono essere graduate secondo diverse scale termometriche. Le più usate sono: • scala Celsius (°C) • scala Kelvin (K) T (K) = t (°C) + 273,15 10

Trasferimento di energia da un corpo più caldo a un corpo più freddo: • L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN CORPO Trasferimento di energia da un corpo più caldo a un corpo più freddo: A) Un corpo caldo (sinistra) e uno freddo (destra) isolati. B) Viene permesso un contatto termico tra i due corpi. C) Viene raggiunto un equilibrio termico: l’energia cinetica molecolare di entrambi i corpi è la stessa.

L’energia interna è una funzione di stato. • L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN CORPO L’energia di un corpo dipende solo dalle condizioni in cui si trova il corpo. Lo stato di un corpo è definito dall’insieme dei valori delle proprietà fisiche: composizione, stato fisico, concentrazione, temperatura, pressione e volume . L’energia interna è una funzione di stato. Un’importante proprietà delle funzioni di stato è che sono indipendenti dalla modalità o dal meccanismo con cui avviene una variazione.

• ENERGIA E TRASFORMAZIONI CHIMICHE Il calore può essere determinato misurando i cambiamenti di temperatura Il corpo che intendiamo studiare è chiamato sistema. Tutto ciò che è esterno al sistema prende il nome di ambiente. I confini separano il sistema dall’ambiente. L’insieme del sistema e dell’ambiente costituisce l’universo.

Esistono tre tipi di sistemi: • IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI TEMPERATURA Esistono tre tipi di sistemi: Sistema aperto: scambia materia ed energia con l’ambiente. Sistema chiuso: scambia soltanto energia Sistema isolato: non scambia né materia né energia. Quando consideriamo uno scambio di calore dobbiamo indicare se il calore viene assorbito o ceduto: Se il corpo assorbe calore adoperiamo un numero positivo. Se il corpo cede calore adoperiamo un numero negativo.

Le sue unità di misura sono J/°C. C è una proprietà estensiva. • IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI TEMPERATURA Il calore acquisito o rilasciato da un corpo è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura a cui va incontro. La capacità termica è la quantità di calore che un corpo deve assorbire per aumentare la temperatura di 1 °C. Le sue unità di misura sono J/°C. C è una proprietà estensiva.

• IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI TEMPERATURA Il calore specifico (s) è una proprietà intensiva, caratteristica di ogni sostanza: Una sostanza con calore specifico maggiore rilascia una maggiore quantità di energia durante il suo raffreddamento. Il calore assorbito o rilasciato da un corpo si ricava dall’espressione:

Analisi: Colleghiamo il calore al cambiamento di temperatura. • IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI TEMPERATURA Esempio: La temperatura di 251 g di acqua varia da 25,0 a 30,0 °C. Quanto calore viene scambiato con l’acqua? Analisi: Colleghiamo il calore al cambiamento di temperatura. Soluzione: Nota: Il calore viene assorbito perché q è positivo