E' una grandezza di fondamentale importanza nella termodinamica. Dal suo valore dipendono infatti sia la trasmissione di calore fra masse diverse, sia la quantità di calore che si può trasformare in lavoro nelle macchine motrici.
La definizione è alquanto semplice: il calore specifico è la quantità di calore "posseduta" o "scambiata" da una massa unitaria (o da un peso unitario) per ogni grado di variazione di temperatura in determinate condizioni fisiche.
Poiché le condizioni fisiche possono essere diverse, anche le espressioni matematiche del calore specifico sono diverse.
N.B. nella (1) si sono adoperate le unità di misura del sistema pratico; nelle altre le unità del sistema internazionale. Ricordando che 1 Cal = 4.186 J è facile passare dall'uno all'altro sistema.
(1) Con questa espressione si può rispondere a due domande:
a) Quanto calore possiede un chilogrammo - peso di acqua alla temperatura di 65 °C? Ricordando che per l'acqua si pone comunemente c = 1 [ Cal / kgp °C ], e che per convenzione il calore a 0 °C è zero, si ottiene
Q = 1 * 65 = 65 [ Cal ]
b) Quanto calore si deve fornire per portare un chilogrammo - peso di acqua dalla temperatura di 35 °C a 87 °C?
Poiché si considera c costante (in realtà c varia al variare della temperatura) sarà
DQ = 1* (87 - 35) = 52 [ Cal ]
Oppure: quanto calore si deve fornire ad un chilogrammo - peso di rame per portarlo alla temperatura di fusione? La temperatura di fusione è 1.083 [ °C ] e il calore specifico è 0,096 [ Cal / kgp °C ], e quindi, partendo da 18 °C, si ottiene
DQ = 0,096 * (1.083 - 18) = 102 [ Cal ]
N.B. dai valori di c si vede quanto sia più "difficile" riscaldare l'acqua rispetto al rame! A parità di salto di temperatura per l'acqua occorre una quantità di calore oltre 100 volte maggiore(*).
(2) Per adoperare questa espressione dobbiamo essere in presenza di un gas che effettua una trasformazione a volume costante.
Supponiamo di avere un chilogrammo - massa di aria in un cilindro ermeticamente chiuso di 0,001 m3 (un litro) e di far aumentare la temperatura di 100 [ °K ], mantenendo costante il volume. Quanto calore ha ricevuto? Essendo cv = 0,041 [ KJ / kgm °K] si ottiene:
DQ = 0,041 * 100 = 4,1 [ KJ ]
(3) Per adoperare questa espressione dobbiamo essere in presenza di un gas che effettua una trasformazione a pressione costante.
Supponiamo di avere un chilogrammo - massa di aria in un cilindro munito di pistone a tenuta di 0,001 m3 (un litro) e di far aumentare la sua temperatura di 100 [ °K ], mantenendo costante la pressione. Quanto calore ha ricevuto? Essendo cp = 0,058 [ KJ / kgm °K] si ottiene:
DQ = 0,058 * 100 = 5,8 [ KJ ]
Come si vede dal calcolo, per aumentare la temperatura di 100 °K nei due casi occorre più calore a pressione costante e meno a volume costante. La differenza deriva dal fatto che a volume costante tutta l'energia resta dentro il fluido che è ermeticamente chiuso (il calore diventa tutto energia interna); nell'altro caso il gas si espande (il pistone è mobile) e quindi siccome una parte del calore si trasforma in lavoro, ne occorre di più per far aumentare la temperatura.
(*) Dal punto di vista biologico è questa una condizione essenziale per la sopravvivenza; poiché infatti gli organismi viventi sulla Terra sono fatti essenzialmente di acqua (per l'uomo oltre il 60%), risulta che occorre una "grande" quantità di calore prima che la temperatura superi valori mortali.