Calorimetria

Temperatura Nasce dalla sensazione termica di distinguere corpi caldi da quelli freddi. Soggettiva. Esperimento delle mani. Equilibrio termico. Il misurare basato sul fatto che il volume dei corpi varia alla variare della temperatura. Ghiaccio e acqua bollente. Problema: sostanze diverse si dilatano in modo diverso, allora indicazioni diverse.

Dilatazione Sperimentale. Lineare: l = l0[1+λm(t-t0)] lt °C= l0 °C(1+kΔt) Di superficie. Volumica: Vt °C= V0 °C(1+kΔt)

Leggi dei gas perfetti Esperimenti di Gay Lussac. Prima legge: per ogni grado di temp. Il V di un gas mantenuto a p COSTANTE(=trasf. isobara) AUMENTA di una qtà pari a 1/ 273,15 volte il V del gas a 0°. : V = V0(1+αt). Seconda legge: … la p … V COSTANTE(=trasf. isocora) …: p = p0 (1+βt) N.B.:α=β Legge di Charles. Legge di Boyle: Il V di un gas,mantenuto a temp cost, e la p sono inversamente proporzionali : p V = cost (legge dell’isoterma)

Scala Assoluta Sostituire nelle 2 leggi il valore numerico di α … risolvere il prodotto … Si ponga T = 273,15 + t …, si ha: V = αV0T e p = … Allora: il V di un gas perfetto a p cost è d.p. alla temp misurata con la scala termometrica definita dalla T = 273,15 + t. Analogamente per la p. Questa scala è detta scala assoluta o scala Kelvin. Il Kelvin è l’u. di m. della temp nel S.I.

Scale termometriche Celsius : 0° 100° Kelvin : 273,15 373,15 Zero assoluto -273,13 °C Fahrenheit: 32 212 Proporzioni. 100 : C = 100 : (K – 273) 100 : C = 180 : (F – 32)

Equazione di stato dei gas perfetti La relazione: p V / T = cost può essere considerata come la sintesi matematica delle 3 leggi precedenti. Il valore della cost dipende dalla qtà di gas e dal tipo; infatti masse = di gas ≠ nelle stesse condizioni di T e di p occupano V ≠. Introducendo la cost R = 8,31 J/mole K detta cost dei gas si ha: p V / T = R quindi: p V = R T per una mole.

Calore Calore: fluisce da + caldo a + freddo Temperatura: indica il livello a cui si trova il calore contenuto in un corpo Spillo alta temp ma calore assorbito minimo V sec a.c. calore composto di atomi leggeri, ‘700 un fluido, ‘800 possibile trasformare calore in lavoro Il calore è ciò che si trasferisce spontaneamente da corpo caldo a freddo fino a quando si ha equilibrio termico.

Esperienza di Tyndall 4 sfere: Alluminio, Ferro, Ottone, Piombo; = massa, acqua, raggiunto equilibrio termico; lastra paraffina; diversa fusione: Alluminio immediatamente fonde la lastra e cade, poi il ferro, ottone non fonde tutta la lastra, il piombo fonde la lastra pochissimo. Se si innalza della stessa qtà la temp di diverse sostanze, ognuna assorbe qtà diverse di en. termica.

Capacità termica Corpi diversi alla stessa temp possono contenere qtà di calore diverse e le 2 grandezze sono d.p. C esprime la capacità termica Sperimentalmente si trova che corpi della stessa sostanza, la cap.term. è proporz. alle masse: c esprime la cap.term. di 1 kg. della sostanza ed è il calore specifico:

Calore specifico Cal. spec. è la qtà di calore assorbita o ceduta da 1 kg. Della sostanza per variare la temp di 1 °C (acqua = 1) L’u. di m. è la chilocaloria = qtà di C. necessaria per aumentare di 1°C la T. di 1Kg acqua. Nel S.I. il C. misurato in Joule; cal. specifico in J/(Kg °C)

Trasporto del calore Conduzione, attraverso la materia senza trasporto (dimensioni e natura); legge di Fourier: coeff. conducibilità, se elevato buoni conduttori Convezione densità < sale Irraggiamento nel vuoto; legge di Stefan-Boltzmann: e (coeff. Emissione)=1 corpo nero e =0 bianco

Cambiamenti di stato > parte sostanze aumentano il V fondendo (no acqua) Generalmente aumento di p aumenta temp di fusione (no ghiaccio-filo) Punto triplo Fusione,solidificazione, evaporazione, condensazione, sublimazione

Conservazione dell’energia Leibniz (XVIII) intuì conservaz. en. valida in generale (non solo meccanica) Lavoiser (XIX) connessione tra qtà di C. e qtà ossido di carbonio Mayer (XIX) en. Mecc. en. termica, en. Chimica stessa natura e convertibili Quanto calore corrisponde ad una data qtà en. mecc.?

Equivalenza calore - lavoro Il rapporto tra l’en. spesa e il C. sviluppato è: Il rapporto è 4,18 J, ed è l’equivalente meccanico del calore, per aumentare di 1 °C 1 gr di acqua occorrono 4,18 J 1,00 cal = 4,18 J