La caloria è definita come l’energia termica necessaria ad elvare da 14,5 a 15,5°C 1 grammo d’acqua pura. Perchè proprio queste temperature? L’acqua cambia le sue proprietà da un grado all’altro?

La caloria è definita come l’energia necessaria per elevare da 14,5 a 15,5 °C la temperatura di un grammo di acqua distillata situata a livello del mare, cioè alla pressione di 1 atm. (definire l’atmosfera non è marginale).

L’acqua cambia le sue proprietà fisiche con la temperatura, in conseguenza al fatto che cambia il suo volume, la pressione e la densità.

Tutti i corpi, sottoposti ad una variazione di temperatura, subiscono trasformazioni più o meno evidenti.

Qualitativamente questo fenomeno si può giustificare nel seguente modo: qualsiasi aumento di temperatura di un corpo materiale è accompagnato da un aumento della velocità di vibrazione delle sue molecole e conseguentemente da un numero maggiore di urti che queste subiscono.

Anche i liquidi hanno un coefficiente di dilatazione (che è cubica, cioè avviene nelle tre dimensioni dello spazio)ed è caratteristico del liquido stesso.

La capacità termica è correlata al concetto di caloria poiché è il rapporto fra il calore fornito alla sostanza e l’aumento di temperatura che ne è derivato. A pressione costante, essa varia con la temperatura. Se mettessimo in relazione in un grafico, la variazione della capacità termica a pressione costante (Cp) con la temperatura da 0 a 100°C, otterremmo una parabola convessa con il minimo verso i 32°C e  i massimi in corrispondenza delle transizioni di stato. Questo vuol dire che quando l’acqua bolle, ad esempio, gran parte del calore fornito viene "utilizzato" per rompere i legami e trasformare il liquido in vapore. Il calore non si trasforma in un aumento di temperatura, per questo la capacità termica a pressione costante è così alta a 100°C. Nella definizione di caloria è presente un intervallo di temperatura di riferimento, poiché non ci vuole la stessa energia per riscaldare l’acqua ad un intervallo diverso di temperatura: ad esempio per riscaldarla da 90 a 91°C ci vuole molta più energia che da 14.5 a 15.5.

Questo intervallo è una convenzione che risale all’esperimento fatto da Joule che definì per primo il concetto di caloria nel 1850, in base a un esperimento chiamato "mulinello di Joule". Il dispositivo sperimentale era composto da: un recipiente contenente un kg di acqua alla temperatura di 14,5 °C, in cui era immerso un dispositivo costituito da "palette", fissate a un "albero" centrale capace di ruotare attorno al proprio asse. Attorno all’albero erano avvolti due fili passanti ciascuno per una carrucola e a ciascuna estremità vi era un peso. I pesi, scendendo per forza di gravità, facevano ruotare per mezzo del filo l’albero a cui erano fissate le palette, che, provocando un movimento dell’acqua, ne facevano alzare la temperatura. In base a questo esperimento Joule definì quindi la chilo-caloria come la quantità di calore necessaria per far alzare di 1 °C la temperatura di un kg di acqua, da 14,5 °C a 15,5 °C

A questo link http://ww2.unime.it/weblab/ita/kim/joule/joule2_ita.htm è possibile effettuare una simulazione dell’esperimento di Joule

Mulinello di Joule

 

Erika Fabi