• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE
3. Energia, lavoro e calore
L’energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro
e trasferire calore.
Distinguiamo:
• energia potenziale: l’energia posseduta
virtù della loro posizione o composizione;
dai corpi in
Ep= P  h
• energia cinetica: l’energia associata al movimento
dei corpi.
Per un oggetto con massa m e velocità v
E C  12 mv 2
• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE
3. Energia, lavoro e calore
Il lavoro è il prodotto della forza per lo spostamento
L=fs
nel SI l’unità di misura è il joule (J).
1J = (1N) x (1 m)
Il lavoro si misura anche in calorie
(1 cal = 4,186 J).
• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE
La legge della conservazione dell’energia afferma che l’energia
non può essere né creata né distrutta.
Prendiamo in esame la collisione tra due atomi: l’atomo A
che si muove più velocemente trasferisce energia all’atomo B
per collisione. L’energia totale si conserva.
• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE
L’energia potenziale è l’energia posseduta da un corpo in
base alla sua posizione o alla disposizione delle sue parti.
L’energia cinetica può essere convertita in energia
potenziale e viceversa.
Quando la ragazza è in (a) o in (c)
possiede solo energia potenziale;
in (b) solo energia cinetica.
L’energia totale si conserva
• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE
L'energia potenziale di una molla dipende dalla sua
lunghezza. Sia la compressione sia lo stiramento determinano
un aumento della sua energia potenziale. L'energia potenziale
è minima quando la molla ha la sua lunghezza naturale.
• L'ENERGIA È L'ATTITUDINE A COMPIERE LAVORO E A FORNIRE CALORE
L’unità SI dell’energia è il joule (J).
Un oggetto con una massa pari a 2 kg che si muove alla
velocità di 1 metro al secondo possiede un J di energia
cinetica.
Un’altra importante unità di misura dell’energia è la caloria
(cal).
1 J  (2 kg) 
1
2

1m 2
1s
 1 kg m s
1 cal  4,184 J (esatti)
2
-2
• ENERGIA E TRASFORMAZIONI CHIMICHE
L'energia interna è l'energia totale contenuta
nelle molecole di un corpo
Quando un oggetto freddo e un oggetto caldo vengono a
contatto raggiungono un equilibrio termico (la stessa
temperatura).
L’energia trasferita sotto forma di calore proviene da una
riserva di energia interna del corpo.
L’energia associata con il movimento delle molecole viene
definita energia cinetica molecolare.
L’energia che deriva dalle forze di attrazione e repulsione che
si stabiliscono tra le molecole viene definita energia
potenziale molecolare.
• L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN
CORPO
L’energia interna è l’energia totale di tutte le particelle.
L’energia interna viene indicata con il simbolo E o U.
Noi siamo interessati ai cambiamenti di E:
E  Efinale - Einiziale o E  Eprodotti - Ereagenti
La variazione di energia interna è positiva se il sistema
assorbe energia dall’ambiente e negativa se rilascia energia
all’ambiente.
• L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN
CORPO
La temperatura di un corpo è in relazione con l’energia
cinetica media delle sue molecole.
Frazione del numero totale di
particelle che hanno una data
energia cinetica
La temperatura per la curva (1) è più bassa della temperatura della
curva (2) perché l’energia cinetica media è minore.
Energia cinetica (unità arbitrarie)
• L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN
CORPO 4. Temperatura e calore
La misura della temperatura
viene effettuata dai termometri.
I termometri possono essere
graduate secondo diverse scale
termometriche. Le più usate sono:
• scala Celsius (°C)
• scala Kelvin (K)
T (K) = t (°C) + 273,15
• L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN
CORPO
Trasferimento di energia da un corpo più caldo a un
corpo più freddo:
A) Un corpo caldo (sinistra) e uno freddo (destra) isolati.
B) Viene permesso un contatto termico tra i due corpi.
C) Viene raggiunto un equilibrio termico: l’energia cinetica molecolare
di entrambi i corpi è la stessa.
• L'ENERGIA INTERNA È L'ENERGIA TOTALE CONTENUTA NELLE MOLECOLE DI UN
CORPO
L’energia di un corpo dipende solo dalle condizioni in cui si
trova il corpo.
Lo stato di un corpo è definito dall’insieme dei valori delle
proprietà fisiche: composizione, stato fisico, concentrazione,
temperatura, pressione e volume .
L’energia interna è una funzione di stato.
Un’importante proprietà delle funzioni di stato è che sono
indipendenti dalla modalità o dal meccanismo con cui avviene
una variazione.
• ENERGIA E TRASFORMAZIONI CHIMICHE
Il calore può essere determinato misurando i
cambiamenti di temperatura
Il corpo che intendiamo studiare è chiamato sistema.
Tutto ciò che è esterno al sistema prende il nome di
ambiente.
I confini separano il sistema dall’ambiente.
L’insieme del sistema e dell’ambiente costituisce l’universo.
• IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI
TEMPERATURA
Esistono tre tipi di sistemi:
• Sistema aperto: scambia materia ed energia con
l’ambiente.
• Sistema chiuso: scambia soltanto energia
• Sistema isolato: non scambia né materia né energia.
Quando consideriamo uno scambio di calore dobbiamo
indicare se il calore viene assorbito o ceduto:
• Se il corpo assorbe calore adoperiamo un numero
positivo.
• Se il corpo cede calore adoperiamo un numero
negativo.
• IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI
TEMPERATURA
Il calore acquisito o rilasciato da un corpo è direttamente
proporzionale alla variazione di temperatura a cui va
incontro.
q
 C (t finale - tiniziale)  C t
La capacità termica è la quantità di calore che un corpo
deve assorbire per aumentare la temperatura di 1 °C.
Le sue unità di misura sono J/°C.
C è una proprietà estensiva.
• IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI
TEMPERATURA
Il calore specifico (s) è una proprietà intensiva,
caratteristica di ogni sostanza:
C  m s o s  C/m
unità di misura di s J g-1 C-1
Una sostanza con calore
specifico maggiore rilascia una
maggiore quantità di energia
durante il suo raffreddamento.
Il calore assorbito o rilasciato
da un corpo si ricava
dall’espressione:
q  m s t
• IL CALORE PUÒ ESSERE DETERMINATO MISURANDO I CAMBIAMENTI DI
TEMPERATURA
Esempio: La temperatura di 251 g di acqua varia da 25,0 a
30,0 °C. Quanto calore viene scambiato con l’acqua?
Analisi: Colleghiamo il calore al cambiamento di temperatura.
Soluzione:
q  m s t
 (251 g)  (4,18 J g-1 C-1 )  (30,0 - 25,0) C
 5250 J  5,25 kJ
Nota: Il calore viene assorbito perché q è positivo