Calore specifico

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Il calore specifico di una sostanza è definito come la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 kelvin la temperatura di un'unità di massa (generalmente un grammo o un chilogrammo) del materiale. Una grandezza analoga è il calore specifico molare definito come la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 kelvin (K) la temperatura di una mole di materiale. Esistono due modi per esprime il calore specifico per lo stato aeriforme: il calore specifico a pressione costante, simboleggiato con C_p, e il calore specifico a volume costante, C_v. Mentre per la materia in fase condensata C_p e C_v sono praticamente coincidenti, per un aeriforme, invece, il calore specifico a pressione costante differisce da quello a volume costante per il lavoro di espansione. Il teorema di equipartizione dell'energia permette di calcolare agevolmente il calore specifico di un gas con comportamento ideale, su basi di meccanica classica. La legge di Dulong Petit stabilisce classicamente che il calore specifico molare di tutti i solidi è lo stesso, indipendentemente dalla temperatura.

Il calore specifico dipende dalla natura chimica della sostanza considerata e dalla temperatura. Si può ritenere costante solo per piccole variazioni di temperatura e lontanto dalle temperature di transizione di fase. Brusche variazioni del calore specifico vengono infatti prese come indice di una transizione di fase solido-liquido, liquido-vapore e anche transizioni cristalline o transizioni strutturali di una molecola.

Anche se per scopi pratici questa definizione è sufficientemente precisa, dal punto di vista teorico, si tratta solo di un'approssimazione poiché in realtà il calore specifico dipende dalla temperatura stessa. Per una trattazione più rigorosa ci si può basare sulla capacità termica e definire il calore specifico come la capacità termica per unità di massa.

Nel Sistema internazionale l'unità di misura del calore specifico è il J / (kg × K); nel Sistema tecnico è kcal / (kg × °C).

L'acqua a 15°C ha un calore specifico di 1 cal / (g × °C) mentre l'alcol etilico 0,581 cal / (g × °C).

Il calore specifico a pressione e volume costante vengono definiti rispettivamente a partire dall'entalpia e dall'energia interna. Da queste definizioni si ricavano due relazioni valide per qualunque fluido:

Per l'energia interna:

$\operatorname U = m \cdot c_v \cdot \Delta T$ ,

dove:

$m$ : è la massa (Kg) di fluido coinvolta
$Δ T$ : il salto termico (°K).
$c v$ : è il calore massico a volume costante.

E per l'entalpia:

$\operatorname H = m \cdot c_p \cdot \Delta T$ .

Alcuni testi di fisica, con minor rigore, definiscono l'energia interna e l'entalpia con queste relazioni, partendo dai calori specifici, che invece sono definiti da queste due grandezze.

[modifica] Calore specifico di alcune comuni sostanze

Sostanza	Stato	Calore specifico J·kg⁻¹·K⁻¹
Aria (secca)	gas	1005
Aria (100% umidità)	gas	~ 1030
Alluminio	solido	880
Berillio	solido	1824
Ottone	solido	377
Rame	solido	385
Diamante	solido	502
Etanolo	liquido	2460
Oro	solido	129
Grafite	solido	720
Elio	gas	5190
Idrogeno	gas	14300
Ferro	solido	444
Litio	solido	3582
Mercurio	liquido	139
Azoto	gas	1042
Olio	liquido	~ 2000
Ossigeno	gas	920
Silice (fuso)	solido	703
Silice	gas	2020
Acqua	liquido	4186
Piombo	solido	130
Ghiaccio	solido (0 °C)	2260
Condizioni standard se non indicato diversamente. Per i gas il valore dato corrisponde al calore specifico a pressione costante ( $c p$ )