esempio 1.6 Una stanza è termicamente isolata dall’ambiente esterno e non vi sono oggetti o persone che entrano o escono. Una stufa a gas brucia il combustibile di una bombola che si trova all’interno e non vi sono apparecchiature che introducono lavoro meccanico. Determinare la variazione di energia interna del sistema dopo un certo tempo. La stanza rappresenta un sistema chiuso e adiabatico. Non è comunque un sistema isolato in quanto l’assenza di apparecchiature funzionanti che trasferiscono lavoro meccanico non comporta automaticamente l’isolamento del sistema. La stufa, bruciando combustibile, introduce calore nel sistema, che tuttavia non può uscire nell’ambiente. Si avrà quindi: Definizione del sistema e applicazione del primo principio L’energia interna totale del sistema non è cambiata. Il riscaldamento del sistema è avvenuto a spese dell’energia interna dei legami chimici del combustibile. Semplicemente si è verificato un trasferimento di energia interna dai legami chimici delle molecole del combustibile alle energie cinetiche traslazionali delle molecole dei gas che si muovono disordinatamente nella stanza. 1.4 IL CALORE SPECIFICO Dal primo principio è facile concludere che se forniamo calore ad un corpo, e non ci sono trasferimenti di lavoro, il corpo aumenterà la sua energia interna e si riscalderà. Se confrontiamo il comportamento di una uguale massa di materiali differenti riscontreremo che, per la stessa quantità di calore trasferito, si riscontrano generalmente aumenti di temperatura differenti. Ciò dipende da una proprietà specifica dei materiali chiamata , una grandezza intensiva definita come: calore specifico La quantità di calore necessaria ad innalzare di 1°C la temperatura di una massa di 1kg del materiale in esame. Indicando con C il calore specifico, con m la massa, con Q il calore fornito e con ∆T il corrispondente incremento di temperatura, la definizione algebrica corrispondente è: Esplicitando dalla (1.10) il calore Q, si ottiene l’importante relazione: Q = m ⋅ C ⋅ ∆T (1.11) che utilizzeremo per calcolare il calore Q necessario per innalzare di ΔT la temperatura di una massa m. esempio 1.7 Una massa di 5 kg di acqua deve essere portata dalla temperatura T = 20 °C alla temperatura di ebollizione a pressione atmosferica T = 100 °C, senza produrre vapore. Determinare il calore necessario. Il calore specifico dell’acqua è C = 4,18 kJ/(kg · °C). 1 2 Possiamo applicare direttamente la (1.11) ottenendo: Calcolo calore assorbito Q = m ⋅ C ⋅ ∆T = 5 kg ⋅ 4,18 kJ/(kg ⋅ °C) ⋅ (100 – 20) °C = 1672 kJ