Calore

L'energia meccanica può essere trasformata in calore per effetto dei fenomeni di attrito. Vale il principio di conservazione dell'energia: tutto il lavoro meccanico compiuto dalle forze di attrito appare sotto forma di energia termica dei corpi sui quali esso è stato compiuto. Questo risultato venne dimostrato da Joule con un classico esperimento: egli fece riscaldare l'acqua contenuta in un recipiente termicamente isolato facendovi ruotare delle palette e trovò che l'innalzamento della temperatura dell'acqua era proporzionale al lavoro compiuto per mantenere in rotazione le palette.

Il principio di conservazione dell'energia rimane valido se si converte volontariamente il calore in energia meccanica, come ad esempio nelle macchine termiche o nei motori a combustione interna. Tuttavia, in qualunque situazione, parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore per effetto dei fenomeni di attrito; in altre parole nessuna macchina termica può avere un rendimento del 100%.

I cambiamenti di stato nelle sostanze pure avvengono in condizioni definite di pressione e temperatura (vedi Regola delle fasi); in particolare, fissate le condizioni di pressione, la temperatura di transizione è una caratteristica della sostanza in esame. La quantità di calore richiesta per produrre la transizione di fase per unità di massa di sostanza è detta calore latente; vi sono quindi calori latenti di fusione, di vaporizzazione e di sublimazione (vedi Distillazione; Evaporazione). Se si porta a ebollizione acqua in un recipiente aperto, alla pressione di 1 atm, la temperatura non sale oltre i 100 °C, indipendentemente dalla quantità di calore fornito. Il calore assorbito dall'acqua è il calore latente, che viene speso per trasformare l'acqua in vapore ed è pertanto immagazzinato come energia nel vapore stesso. Analogamente, se si riscalda un miscuglio di ghiaccio e acqua, la temperatura non varia fino a quando il processo di fusione del ghiaccio non è completo. Il calore latente assorbito in questo caso serve a vincere le forze che tengono unite le particelle di ghiaccio.

Si dice calore specifico di una sostanza la quantità di calore necessaria a innalzare di un grado la temperatura dell'unità di massa. In relazione alle condizioni di riscaldamento si distinguono rispettivamente il calore specifico a volume e a pressione costante. In generale i due calori specifici dipendono dalla temperatura e, nel caso dell'acqua e di tutte le sostanze praticamente incomprimibili, hanno valori approssimativamente uguali.

La propagazione del calore può avvenire per conduzione, convezione e irraggiamento. Quest'ultimo non richiede il contatto termico tra i corpi coinvolti nel processo di trasferimento.