Principio fisico della misura

Se si cede dell'energia ad un sistema isolato questo subisce un incremento della propria temperatura inversamente proporzionale alla sua capacità termica:

$$\Delta T \propto \frac{\Delta E}{C}\,.$$ (20)

Questa relazione permette di determinare la capacità termica del sistema e da questa il calore specifico (ovvero la capacità termica per unità di massa):

$$c = \frac{1}{M}\frac{\Delta E}{\Delta T}\,.$$ (21)

Se si misura la massa $M$ in grammi, l'energia in Joule e la temperatura in gradi si ottiene un calore specifico misurato in J/(K$\cdot$g).

Si presti attenzione al fatto che spesso il calore specifico è invece dato in cal/(K$\cdot$g) e si ricordi che

$$1\, = 4.186\, \,.$$ (22)

La relazione () va abbastanza bene per quanto riguarda la misura del calore specifico di un liquido (acqua, per esempio), a parte gli ovvi problemi di non perfetto isolamento dal mondo esterno che discuteremo. E` più problematico misurare il calore specifico di un metallo in quanto: è più complicato scaldare il solo metallo; è più complicato tenere tutte le sue parti in equilibrio termico; misurarne la temperatura.

Questi problemi vengono risolti tenendo il metallo in equilibrio termico con un liquido (acqua) posto in un thermos e misurando la temperatura del liquido.

Quindi il calore specifico dell'alluminio viene determinato da misure di:

• capacità termica di acqua;
• capacità termica di acqua + alluminio, in cui quest'ultimo sostituisce una massa di acqua di pari volume.

Restano poi dei problemi dovuti all'interazione del sistema acqua/alluminio con il resto del mondo. Questi possono essere schematizzati in due parti:

• calore assorbito dalla strumentazione a contatto con l'acqua e quindi sempre (circa) in equilibrio termico con essa: thermos, agitatore, riscaldatore, termometro;
• scambio di calore con l'esterno.

Si tiene conto dei primi introducendo una massa d'acqua equivalente $M^*$, ovvero tale che $M^*c_a$ corrisponda alla capacità termica di tali accessori.

Per ovviare all'effetto dello scambio termico si cerca innanzitutto di ridurla, sia utilizzando un thermos che operando a temperatura ambiente (si ricorda che l'energia scambiata per unità di tempo è proporzionale al gradiente termico). Inoltre si cerca di stimare l'effetto dello scambio termico per applicare poi opportune correzioni.

Prima di procedere alla descrizione pratica occorre tener conto della strumentazione a disposizione.