Energia termica e passaggi di stato
Calcolo della energia termica necessaria per effettuare un passaggio di stato
L'energia termica necessaria per avere un passaggio di stato è in stretta relazione con il valore del calore latente.
Il calore latente è la quantità di calore da fornire ad 1 kg di una sostanza per effettuare completamente il passaggio di stato.
Nello specifico se si considera la transizione di fase da solido a liquido ( o viceversa) si parlerà di calore latente di fusione indicato con λ f mentre se si considera il passaggio da liquido a gas (o viceversa) parleremo di calore latente di vaporizzazione indicato con λv.
L'unità di misura del calore latente è il J/kg.
Passaggi di stato
Durante un passaggio di stato la temperatura della sostanza rimane costante finché tutto la transizione di fase non si è completata.
Pensiamo ad esempio ad un sistema isolato di ghiaccio posto a temperatura centigrada negativa.
Se riscaldiamo la sostanza la temperatura inizia ad incrementare però si arresterà a 0°C quando inizia il passaggio di stato che trasforma l'acqua solida in acqua liquida.
Tutta l'energia che si fornisce al sistema dunque non servirà più ad aumentare l'energia cinetica media vibrazionale delle molecole e quindi la temperatura, bensì servirà a spezzare i legami intermolecolari finché tutto il solido non sarà diventato liquido.
Anche se ad un certo punto dovessimo trovarci con una parte solido e una parte liquido entrambi sarebbero alla temperatura di 0°C.
L'energia necessaria a completare il passaggio di stato nel caso della fusione /solidificazione è pari a:
Q = λf ∙ m
In cui:
- λf è il calore latente di fusione;
- m la massa della sostanza.
L'energia necessaria a completare il passaggio di stato nel caso della vaporizzazione/condensazione è pari a:
Q = λf ∙ m
In cui.
- λf è il calore latente di fusione;
- m la massa della sostanza.
Ovviamente nel caso della fusione e della vaporizzazione il segno del calore sarà + ovvero deve essere inteso come calore da fornire al sistema.
Mentre nei casi speculari di fusione e condensazione è il sistema che rilascia energia e dunque il calore va inteso come negativo.
Dunque nelle fasi di riscaldamento o raffreddamento di un corpo al di fuori del passaggio di stato il calore va calcolato con la già nota formula (per info si veda legge fondamentale della termologia):
Q = m ∙ c ∙ ΔT
in cui:
- m è la massa della sostanza;
- c il calore specifico;
- ΔT la variazione di temperatura;
mentre durante i passaggi di stato il calore va calcolato a partire dal calore latente:
Q = λ ∙ m
In particolare per l'acqua i due calori latenti di fusione e vaporizzazione valgono rispettivamente: 3,34∙105 J/kg e 2,25∙106 J/kg.
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