Il calore è energia che si trasferisce tra corpi a temperature diverse, mentre la temperatura misura quanto un corpo è caldo o freddo. Sono due grandezze collegate ma distinte.
Nel linguaggio di tutti i giorni usiamo le parole calore e temperatura come se fossero sinonimi, ma in scienze hanno significati molto precisi e differenti. Capire la distinzione è il primo passo per studiare i fenomeni termici che osserviamo continuamente intorno a noi. Pensiamo a una tazza di tè bollente lasciata sul tavolo: col passare dei minuti diventa tiepida, poi fredda. Qualcosa è cambiato, e quel qualcosa ha a che fare con il calore che esce dalla tazza verso l'aria della stanza. Studiare questo passaggio ci aiuta a capire come funzionano i termosifoni, i frigoriferi e perfino il clima del nostro pianeta. La fisica ci offre strumenti chiari per descrivere ciò che i sensi percepiscono in modo confuso.
Temperatura: che cos'è e come si misura
La temperatura è una grandezza fisica che indica lo stato termico di un corpo, cioè quanto le sue particelle si agitano al loro interno. Più le molecole si muovono velocemente, più la temperatura del corpo risulta elevata, anche se a occhio nudo non vediamo questa agitazione invisibile. Lo strumento che usiamo per misurarla si chiama termometro e nelle scuole italiane adotta la scala Celsius, indicata con il simbolo °C. In questa scala il punto di congelamento dell'acqua pura corrisponde a 0 °C, mentre il punto di ebollizione corrisponde a 100 °C a livello del mare. La temperatura è una grandezza intensiva, cioè non dipende dalla quantità di materia: un cucchiaino di acqua bollente e una pentola di acqua bollente hanno entrambi 100 °C. Le nostre mani, però, sono termometri molto inaffidabili, perché percepiscono solo differenze e si lasciano ingannare facilmente dai materiali con cui entriamo in contatto.
Calore ed equilibrio termico
Il calore è l'energia che passa spontaneamente da un corpo più caldo a uno più freddo quando i due vengono messi in contatto o si trovano vicini. A differenza della temperatura, il calore è una grandezza che dipende dalla quantità di materia coinvolta e si misura in joule, simbolo J, oppure in calorie. È fondamentale ricordare che il calore non è contenuto dentro un corpo come un liquido in un bicchiere, ma è energia in transito da un sistema a un altro. Quando un corpo caldo cede energia a uno freddo, la sua temperatura diminuisce mentre quella del corpo freddo aumenta, fino a quando le due temperature diventano identiche. Questa situazione finale, in cui non si registra più alcun passaggio di energia, si chiama equilibrio termico ed è il punto di arrivo di ogni scambio. Per esempio, se mettiamo un cucchiaio di metallo a temperatura ambiente dentro una tazza di brodo caldo, il cucchiaio si scalda e il brodo si raffredda leggermente, finché entrambi raggiungono la stessa temperatura intermedia.
Ricorda
- La temperatura misura l'agitazione delle particelle e si esprime in gradi Celsius, mentre il calore è energia che si trasferisce e si misura in joule.
- Il calore passa sempre dal corpo a temperatura più alta a quello a temperatura più bassa, mai al contrario in modo spontaneo.
- Due corpi a contatto si scambiano calore finché raggiungono la stessa temperatura: questa condizione si chiama equilibrio termico.
Piccolo esercizio sul quaderno: descrivi con parole tue cosa accade, minuto dopo minuto, se lasci un cubetto di ghiaccio dentro un bicchiere d'acqua a temperatura ambiente. Indica chi cede e chi riceve calore, come cambiano le due temperature e quale situazione finale si raggiunge.