Energia termica e calore specifico

Quando l’attrito sottrae energia al moto, quell’energia non svanisce: si deposita nei corpi come energia termica, l’energia associata all’agitazione microscopica delle particelle. Possiamo quantificarla esattamente, sia dal lato della causa (il lavoro dissipato dall’attrito) sia dal lato dell’effetto (l’aumento di temperatura del corpo che la immagazzina).

Formula chiave

$\Delta E_{\text{term}} = |\vv{F}_a|\cdot|\Delta\vv{s}|$ $E_{\text{term}} = m\,c_s\,T$ dove $c_s$ = calore specifico

La prima relazione lega l’aumento di energia termica al lavoro dell’attrito: ogni joule tolto al moto strisciando per una distanza $|\Delta\vv{s}|$ contro una forza $|\vv{F}_a|$ ricompare come calore. La seconda relazione descrive invece dove quel calore finisce: l’energia termica accumulata in un corpo cresce con la sua massa $m$, con la sua temperatura $T$ e con una costante caratteristica del materiale, il calore specifico $c_s$.

Il calore specifico misura quanta energia serve per scaldare un chilogrammo di sostanza di un grado: materiali con $c_s$ elevato (come l’acqua) sono “capienti”, assorbono molta energia scaldandosi poco; materiali con $c_s$ basso si scaldano rapidamente a parità di energia ricevuta. Questa è la ragione per cui, mettendo insieme le due formule, possiamo prevedere di quanto si scalda effettivamente un blocco che frena: l’energia $|\vv{F}_a|\cdot|\Delta\vv{s}|$ dissipata dall’attrito si distribuisce nel corpo secondo il suo $m\,c_s$, e produce un innalzamento di temperatura tanto minore quanto più il corpo è massiccio o termicamente capiente.

Nella tabella energetica questo si traduce in una mossa concreta: si aggiunge una colonna per $E_{\text{term}}$. Mentre le colonne di energia cinetica e potenziale possono salire e scendere lungo il moto, scambiandosi valori, la colonna di $E_{\text{term}}$ può solo crescere. Il suo aumento tra uno stato e il successivo è esattamente il lavoro dell’attrito compiuto in quel tratto, e tenerne il conto in una colonna dedicata garantisce che il bilancio energetico totale resti chiuso anche in presenza di dissipazione.

Collegamenti

Argomenti: Lavoro ed energia Concetti: Energia termica da attrito · Calore specifico e capacità termica · Attrito dinamico Competenze: Uso della tabella energetica Metodi: Tabella energetica a stati

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