Fuoco e legna
Il riscaldamento a legna: camini stufe caldaie

Il calore e la temperatura

Il calore è una grandezza fisica la cui temperatura si misura con il termometro. Per farlo occorrono dei punti di riferimento che di solito sono dati da fenomeni fisici come la fusione del ghiaccio e l'ebollizione dell'acqua a pressione ambiente. Alla fusione del ghiaccio si assegna il valore 0 gradi Celsius, mentre all'ebollizione dell'acqua si assegna il valore 100 gradi Celsius (°C).
Da misurazioni sperimentali si è scoperto che mantenendo costante la pressione, un gas riscaldato aumenta di volume. Misurando il volume di un gas a 0 gradi e misurandolo di nuovo a 100 gradi si ha una formula fondamentale:

V=Vo+(100/273)Vo

V è il volume del gas alla temperatura di ebollizione dell'acqua
Vo è il volume del gas alla temperatura di fusione del ghiaccio che vale per ogni tipo di gas.

La temperatura non può scendere al di sotto di un certo limite posto a -273 gradi C e che viene chiamata zero assoluto. A questa temperatura il volume del gas si annulla.Infatti dalla formula sopra riportata si ha che V = Vo - Vo = 0.

Lo zero assuluto definisce la scala dei gradi Kelvin (°K) dove 273 gradi Kelvin corrispondono ai nostri 0 gradi Celsius, di solito indicata con T.

Per definire quantitativamente il calore si è introdotta la caloria (cal) che si definisce come la quantità di calore necessaria alla massa di un grammo di acqua per far aumentare la sua temperatura di un 1°, da 14,5°C a 15,5°C. Un kg di acqua richiede 1 kcal per il riscaldamento di 1°C.

Di solito il calore si trasmette in tre modi diversi: convezione, conduzione, irraggiamento.

Convezione: è dovuta al movimento di un fluido che sottrae energia termica per trasferirla all'ambiente o ad altri corpi con cui viene a contatto. La quantità di calore che un corpo caldo può trasmettere al fluido che lo lambisce nell'unità di tempo è proporzionale alla superficie di trasmissione e alla differenza di temperatura tra il corpo e il fluido per un certo coefficiente correttivo che dipende da svariati fattori. Conduzione: la trasmissione del calore avviene all'interno di un corpo senza che ci sia un moto visibile tra le parti che si scambiano calore. Irraggiamento: il calore è trasmesso per irraggiamento cioè attraverso onde o energia elettromagnetica di varie lunghezze d'onda in genere molto piccole. Il calcolo dell'irraggiamento non è semplice perché occorre fare l'integrale esteso a tutte le lunghezze d'onda dell'emissione specifica in funzione della lunghezza d'onda. L'emissione per irraggiamento è regolata dalla legge di Planck; è una legge sperimentale, ricavata da dati sperimentali. Da essa si ricava la legge di Stefan/Boltzmann con la quale si calcola la radianza totale E=c * T4 dove c è una costante, T è la temperatura alla quarta.

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