Calcolatore del calore specifico

Che cos’è il calore specifico?

Il calore specifico è una proprietà di una sostanza che indica quanta energia serve per aumentare di un kelvin (o, in modo equivalente, di un grado Celsius) la temperatura di un chilogrammo di quella sostanza. L’acqua, per esempio, ha un calore specifico elevato di circa 4186 J/(kg·K), ed è per questo che si riscalda e si raffredda lentamente rispetto ai metalli.

Questo calcolatore utilizza l’equazione fondamentale del calore $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$ e consente di ricavare una qualsiasi delle quattro grandezze: l’energia termica $Q$, la massa $m$, il calore specifico $c$ o la variazione di temperatura $\Delta T$.

Come funziona il calcolatore?

Scegli che cosa vuoi calcolare dal menu «Calcola» e inserisci i tre valori noti. Il calcolatore lavora internamente sempre in unità del SI: energia in joule (J), massa in chilogrammi (kg), calore specifico in J/(kg·K) e variazione di temperatura in kelvin (K). Una variazione di 1 K ha esattamente la stessa ampiezza di una variazione di 1 °C, quindi $\Delta T$ può essere inserita come differenza di temperatura in kelvin o in gradi Celsius.

Quando si ricava la massa, il calore specifico o la variazione di temperatura, il calcolatore divide per le altre grandezze, perciò non restituisce alcun risultato se un divisore è zero.

Formula

L’energia termica necessaria per variare la temperatura di una sostanza è:

Dove:

• $Q$ è l’energia termica aggiunta o sottratta, in joule (J),
• $m$ è la massa della sostanza, in chilogrammi (kg),
• $c$ è il calore specifico, in J/(kg·K),
• $\Delta T$ è la variazione di temperatura, in kelvin (K).

Riordinando si può ricavare qualunque incognita:

Esempi svolti

Esempio 1: Riscaldare l’acqua

Riscalda 2 kg di acqua ($c = 4186 \, \text{J/(kg·K)}$) di 10 K. L’energia termica necessaria è:

Servono quindi 83720 joule.

Esempio 2: Ricavare la massa

Supponiamo che 83720 J di calore abbiano aumentato di 10 K la temperatura di una certa quantità di acqua ($c = 4186 \, \text{J/(kg·K)}$). La massa è:

Il campione aveva una massa di 2 kg, il che conferma il primo esempio.

Note pratiche

• I valori del calore specifico variano con la temperatura e lo stato fisico; i valori pubblicati sono solitamente forniti vicino alla temperatura ambiente.
• La formula presuppone l’assenza di passaggi di stato (niente fusione né ebollizione). L’attraversamento di un confine di fase richiede calore latente, che questo calcolatore non include.
• Un $\Delta T$ negativo (raffreddamento) dà un $Q$ negativo, il che significa che viene sottratto calore alla sostanza.

Se stai studiando i gas, potrebbero esserti utili anche il nostro calcolatore della densità dell’aria e il calcolatore della legge di Boyle.