Passaggi di stato
Nei passaggi di stato una sostanza passa da uno stato di aggregazione ad un altro. Una sostanza può presentarsi in diversi stati di aggregazione ciascuno dei quali ha un ben definito campo di stabilità. Ad esempio, l’acqua sottoposta alla pressione di 1 atm è stabile in forma solida per temperature ≤ O 0C e in forma liquida per temperature comprese tra zero e 100 0C.
Ogni passaggio di stato implica uno scambio di energia con l’esterno.
Nei passaggi di stato verso destra occorre fornire energia al sistema dall’esterno, in quelli verso sinistra è il sistema che cede energia all’esterno.
Durante un cambiamento di stato la temperatura resta costante.
Nel passaggio da solido a liquido dobbiamo fornire calore per rompere i legami, ancora più calore dobbiamo fornire nel passaggio da liquido a gas dove le molecole diventano molto distanti e quasi non interagenti.
Questa energia richiesta per rompere i legami è chiamata calore latente perchè è un calore fornito che non si traduce in un aumento della temperatura, ma serve solo per rompere i legami.
Vogliamo seguire le vicissitudini di un pezzo di ghiaccio al quale forniamo successive quantità di calore. Partiamo da ghiaccio a -5 0C. Riportiamo in un grafico la temperatura in funzione del calore fornito.
Forniamo calore al ghiaccio per portarlo fino a O oC dove inizia a fondere. Se continuiamo a fornire calore inizia a formarsi acqua alla stessa temperatura di O oC. Il calore che continuiamo a fornire non fa aumentare la temperatura, esso va nella fusione del ghiaccio in acqua, è latente.
Alla fine tutto il ghiaccio diventa acqua a O oC. Ora, se continuiamo a fornire calore, la temperatura aumenta.
Tra i punti 1 e 2 e dopo il punto tre
Q = c m Δt
Tra i punti 2 e 3
Q = λf m Calore latente di fusione.
Per il ghiaccio
λf = 334 kJ/kg
Per fondere 1 kg di ghiaccio a O oC occorre la seguente quantità di calore :
Per passare da J a kcal basta dividere per 4,18
Q = 80 kcal/kg
Quanta energia ci vuole, invece, per far evaporare 1 kg di acqua ?
Per quanto detto prima nel passaggio di stato liquido → gas non c’è variazione di temperatura
Q = λv m = 539 kcal/kg Calore latente di evaporazione
L’evaporazione costa più della fusione.
Nella prossima lezione vedremo la Propagazione del calore