Classe seconda, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Distinguere calore trasferito e variazione di temperatura.
- Usare Q = mcΔT senza cambiamenti di stato.
- Controllare unità e ipotesi dell'isolamento.
Prima di iniziare
- Temperatura e calore
- Moltiplicazione e unità SI
- Flusso netto di calore
L'idea centrale
Nel modello, una massa nota d'acqua riceve energia e la sua temperatura aumenta senza passaggi di stato. La quantità di calore Q è energia trasferita, misurata in joule; ΔT = T finale − T iniziale è una differenza di temperatura. Per una stessa sostanza, più massa richiede più energia per ottenere la stessa variazione. La figura associa recipiente, termometro e apporto energetico ma non misura nulla.
Domanda guida: Calcolare l'energia trasferita in un riscaldamento semplice con dati e unità espliciti. Il caso svolto dichiara dati, modello e unità; l'immagine sostiene il ragionamento ma non sostituisce le misure.
Un passo in più
Confronta sempre Q, ΔT e sistema scelto. Se il recipiente o l'ambiente assorbono energia, Q fornito dall'esterno non coincide automaticamente con Q del solo campione.
- Regola e condizioni
- Per un riscaldamento senza cambiamento di fase si usa Q = m c ΔT, con massa m in kg, calore specifico c in J/(kg·°C) e ΔT in °C. Il valore di c è fornito dal problema: non si legge dal colore né dalla figura. Il segno di Q è positivo per energia ricevuta dal sistema definito. La relazione presuppone un intervallo di temperatura in cui c sia approssimativamente costante; per confrontare due corpi occorre precisare eventuali dispersioni.
Passo per passo
- Definisci il corpo che riceve calore e annota massa, c, temperatura iniziale e finale.
- Calcola ΔT e verifica che sia una differenza in °C, convertendo la massa in kg se necessario.
- Moltiplica m c ΔT e controlla che le unità diano joule.
Esempio svolto
Un campione di 0,50 kg con c = 400 J/(kg·°C) passa da 20 °C a 25 °C, senza cambiamento di fase. Quanto calore riceve?
- ΔT = 25 − 20 = 5 °C.
- Q = 0,50 kg × 400 J/(kg·°C) × 5 °C.
- Q = 1 000 J ricevuti dal campione.
- Controllo: kg e °C si semplificano; resta J, e Q è positivo perché la temperatura cresce.
1 000 J
Errore da evitare
Trattare 5 °C come 5 J o usare la temperatura finale al posto della variazione.
Per approfondire e verificare
- A parità di Q e materiale, raddoppiare la massa dimezza ΔT nel modello; a parità di massa e Q, un c maggiore riduce ΔT. Questo non dice nulla sulla velocità dello scambio.
- Il diagramma di particelle è un modello: non identifica una misura di c né una traiettoria di energia microscopica.
- Confronta sempre Q, ΔT e sistema scelto. Se il recipiente o l'ambiente assorbono energia, Q fornito dall'esterno non coincide automaticamente con Q del solo campione.
Prova subito
Nel modello senza dispersioni, 0,20 kg di una sostanza con c = 500 J/(kg·°C) passa da 10 °C a 20 °C. Quanti joule riceve?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 1 000 J.
ΔT = 10 °C; Q = 0,20 × 500 × 10 = 1 000 J.
Risposta: 1 000 J.
ΔT = 10 °C; Q = 0,20 × 500 × 10 = 1 000 J.
Per lo stesso materiale e la stessa ΔT, se la massa raddoppia, come varia Q nel modello?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Raddoppia.
Q è proporzionale a m quando c e ΔT restano costanti.
Risposta: Raddoppia.
Q è proporzionale a m quando c e ΔT restano costanti.
Un campione di 1 kg con c = 200 J/(kg·°C) riceve 600 J senza perdite. Qual è ΔT?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 3 °C.
ΔT = Q/(mc) = 600/(1 × 200) = 3 °C.
Risposta: 3 °C.
ΔT = Q/(mc) = 600/(1 × 200) = 3 °C.
Un campione si raffredda da 30 °C a 25 °C: con la convenzione Q positivo se ricevuto, qual è il segno di Q del campione?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Negativo.
ΔT = −5 °C; il campione cede energia, con c e m positivi.
Risposta: Negativo.
ΔT = −5 °C; il campione cede energia, con c e m positivi.
Il termometro disegnato permette di ricavare Q del campione? Indica i dati mancanti anche se ΔT fosse noto.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No; servono almeno massa e calore specifico, oltre alle condizioni di scambio.
Q = mcΔT; un termometro da solo non fornisce m né c.
Risposta: No; servono almeno massa e calore specifico, oltre alle condizioni di scambio.
Q = mcΔT; un termometro da solo non fornisce m né c.
Allineamento curricolare e fonti
- FISICA / PRIMO BIENNIO · righe 1367–1370 · Calcolare l'energia trasferita in un riscaldamento semplice con dati e unità espliciti. La distribuzione nell'anno è editoriale. · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · obiettivi delle discipline
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Esercitarsi su questo: Calore scambiato: massa, materiale e variazione di temperatura