Il calore latente è la quantità di energia scambiata in un sistema durante un passaggio di stato. Il calore è l’energia stessa.
Il calore latente è uno degli argomenti fondamentali della termodinamica. Se frequenti le scuole superiori, potrebbe essere oggetto di compiti in classe e interrogazioni. Invece, se devi partecipare al test di medicina e odontoiatria, veterinaria e professioni sanitarie, potrebbe comparire nei quiz di fisica.
In questa lezione, trovi la definizione di calore latente, qual è la formula per calcolarlo, le sue proprietà e il meccanismo dei passaggi di stato. In più, guarda il video sul calore latente con l’esercizio svolto dalla nostra tutor di fisica.
Calore latente
Cos’è il calore latente? La definizione di calore latente più comune è:
la quantità di calore Q che serve affinché un chilogrammo di una determinata sostanza compia un passaggio di stato.
Il calore latente viene indicato con la lettera greca lambda, λ, ma si può utilizzare anche L.
L’unità di misura del calore latente è il joule su chilogrammo, J/kg. Talvolta si usano le chilocalorie, kcal/kg. Oppure, quando il calore latente è espresso in mole, calore latente molare, si usa J/mol.
Il concetto di calore latente è stato introdotto in termodinamica per riuscire a spiegare quei fenomeni fisici in cui si verifica un passaggio di calore senza variazione di temperatura.
Infatti, in tutti questi casi non possiamo usare la formula classica del calore Q = m ∙ c ∙ ∆T, secondo cui il calore è direttamente proporzionale sia alla variazione di temperatura che alla massa. Quindi, quando si verifica un trasferimento di calore, la temperatura del corpo aumenta e viceversa quando lo si sottrae, diminuisce.
Invece, durante i passaggi di stato, è dimostrato empiricamente che non si verifica alcun cambiamento di temperatura nelle sostanze che passano da uno stato a un altro, ad esempio da solide diventano liquide. Non a caso si parla di calore latente proprio perché non si vede, ossia non si manifesta con una variazione di temperatura.
Studia o ripassa il calore in fisica. Leggi l’articolo con la teoria, le formule e guarda il video con tutti gli esempi e un esercizio svolto dalla nostra tutor di fisica.
Calore latente formula
Come si calcola il calore latente? La formula del calore latente è:
Q = λ ∙ m
dove Q è il calore fornito o sottratto al sistema ed è proporzionale alla quantità di sostanza m.
Le formule inverse della formula del calore latente sono:
- m = Q/ λ
- λ = Q/m
Da questa seconda formula viene fuori l’unità di misura del calore latente di cui abbiamo già scritto sopra, J/kg.
Proprietà e cambiamenti di stato
Come già accennato sopra, la principale proprietà del calore latente è che nel sistema che scambia energia, assorbendola o rilasciandola, non si verifica alcuna variazione di temperatura. Questo perché l’energia, il calore latente, agisce sulla forza dei legami tra le molecole che compongono la massa della sostanza.
Inoltre, come si evince dalla formula λ= Q/m, il calore latente dipende dalla massa della sostanza.
Infine, il calore latente può avere valori numerici uguali ma opposti a seconda che si verifichi un passaggio di stato o il suo inverso, ossia a seconda che il calore sia assorbito o ceduto dalla sostanza, a parità di temperatura e pressione.
Quindi, i cambiamenti di stato o passaggi di stato sono 3:
- fusione e il suo inverso, la solidificazione;
- ebollizione o vaporizzazione o evaporazione e il suo inverso, la condensazione;
- sublimazione e il suo inverso, cioè il brinamento.
Ogni sostanza ha 3 diversi valori di calore latente per ciascun passaggio di stato:
- calore latente di fusione
- calore latente di ebollizione o vaporizzazione o evaporazione
- calore latente di sublimazione
Approfondisci i passaggi di stato. Leggi l’articolo con la teoria e guarda il video con un esercizio svolto.
Calore latente di fusione
Il calore latente di fusione è quello che determina questi due passaggi di stato:
- la fusione, il passaggio di una sostanza dallo stato solido allo stato liquido;
- la solidificazione, il passaggio di una sostanza dallo stato liquido allo stato solido.
Il valore del calore latente di solidificazione di una determinata sostanza è uguale ma di segno opposto al valore del calore latente di fusione di quella stessa sostanza.
Quando il ghiaccio si scioglie e diventa acqua, il calore latente agisce sulle molecole e vince le forze che mantengono queste molecole vicine tra loro, senza che ci sia un cambiamento di temperatura.
Calore latente di vaporizzazione
Il calore latente di vaporizzazione o calore latente di ebollizione o calore latente di evaporazione è quello che determina questi due passaggi di stato:
- l’ebollizione, il passaggio di una sostanza dallo stato liquido allo stato gassoso;
- la condensazione, il passaggio di una sostanza dallo stato gassoso allo stato liquido.
Il valore del calore latente di condensazione di una determinata sostanza è uguale ma di segno opposto al valore del calore latente di ebollizione di quella stessa sostanza.
Il calore latente agisce sulle molecole dell’acqua allo stato liquido indebolendo i legami fino a fare in modo che si compia la loro evaporazione.
Calore latente di sublimazione
Il calore latente di sublimazione è quello che determina questi due passaggi di stato:
- la sublimazione, il passaggio di una sostanza dallo stato solido allo stato gassoso;
- il brinamento, il passaggio di una sostanza dallo stato gassoso allo stato solido.
Il valore del calore latente di brinamento di una determinata sostanza è uguale ma di segno opposto al valore del calore latente di sublimazione di quella stessa sostanza.
Tabella calore latente
Qual è il calore latente dell’acqua? E quale il calore latente di fusione del ghiaccio?
In questa tabella trovi i valori di calore latente di fusione e di ebollizione delle principali sostanze che vengono usate nei quiz dei test di ammissione.
| sostanza | calore latente di fusione (J/kg) | temperatura di fusione (°C) | calore latente di ebollizione (J/kg) | temperatura di ebollizione (°C) |
|---|---|---|---|---|
| acqua | 3,335 ∙ 105 | 0 | 2,26 ∙ 106 | 100 |
| alcol etilico | 1,08 ∙ 105 | -114 | 8,55 ∙ 105 | 78,3 |
| ammoniaca | 3,39 ∙ 105 | -75 | 1,369 ∙ 106 | -33 |
| azoto | 2,57 ∙ 104 | -210 | 2 ∙ 105 | -196 |
| idrogeno | 5,8 ∙ 104 | -259 | 4,55 ∙ 105 | -253 |
| mercurio | 1,1 ∙ 104 | -39 | 2,94 ∙ 105 | 357 |
| ossigeno | 1,39 ∙ 104 | -219 | 2,13 ∙ 105 | -183 |
| zolfo | 5,4 ∙ 104 | 115 | 1,406 ∙ 106 | 445 |
Per tutta la teoria e gli esempi, guarda la videolezione sul calore latente con un esercizio svolto dalla tutor WAU!.
Video nel testo di Eleonora Parlanti, tutor WAU!
Immagine in evidenza di Bruno/Germany da Pixabay
