Calorico
Monaco di Baviera, 1798. Il conte Rumford guarda forare le canne dei cannoni all’arsenale e si pone una domanda di calcolo. Se il calore è una sostanza sparsa nel metallo, la sua riserva è finita, e la foratura un giorno smetterà di scaldare. Prende una trivella smussata, mette la canna in una cassa d’acqua e dopo due ore e mezza ha acqua bollente. Cambia l’acqua — bolle di nuovo.
Il calorico era una materia imponderabile che Lavoisier inserì nella sua tavola delle sostanze semplici. Si pensava che fluisse dal caldo al freddo conservandosi. La sua quantità si misurava in calorie: una caloria scalda un grammo d’acqua di un grado. La teoria diede tavole corrette delle capacità termiche e perfino la teoria delle macchine termiche di Carnot. Ma l’esperimento di Rumford mostrò che si può ottenere calore senza fine, finché si compie lavoro.
| Notazione | caloric · calorique · misura cal |
| Come si misurava | dalla massa di ghiaccio fuso e dal riscaldamento dell’acqua · Q = c·m·ΔT |
| Che cosa si supponeva | conservazione: ciò che usciva da un corpo arrivava in un altro |
| Introduzione e abbandono | calorique — Lavoisier, 1789 · esperimento di Rumford — 1798 · equivalente meccanico — Joule, 1843—1850 |
| Notazione attuale | il calore è una forma di energia, in joule · 1 cal = 4,184 J · ISO 80000-5 |
| Valori tipici | 79,7 cal — fondere un grammo di ghiaccio · 540 cal — evaporare un grammo d’acqua · 2000 kcal — razione giornaliera |
01 · Definizione
Il fluido imponderabile del calore
Nel sistema della fine del Settecento il calorico è contenuto nei corpi e fluisce da quelli caldi a quelli freddi. Le sue particelle si respingono a vicenda — per questo il calore si diffonde e i corpi si dilatano scaldandosi. Le sostanze trattengono il calorico in modo diverso: al ferro ne serve dieci volte meno che all’acqua per scaldarsi di un grado.
Anche il calore latente di Black trovava spiegazione: il ghiaccio che fonde assorbe calorico ma non si scalda, dunque esso entra in forma legata. Tutto il calcolo del sistema poggiava su un’ipotesi — che il calorico si conservi. Proprio quella si dovette abbandonare. Le formule della capacità termica restarono valide; solo che il calore ora si conta come energia.
Il calore sulla bilancia, senza termometro
Al centro, un campione caldo in una camera di ghiaccio; il suo colore dipende dalla temperatura. In turchese il ghiaccio e l’acqua di fusione, che cola nella tazza in basso — dalla sua massa si ricava il calore. Anche il mantello esterno è di ghiaccio e protegge l’esperimento dal calore della stanza. I punti ambrati sono il calorico come lo si immaginava: esce dal campione verso il ghiaccio finché il campione non si raffredda a zero.
Come il calorico spiegava tutto — finché non si cominciò a forare
Qui il calorico è disegnato come lo si immaginava: 260 particelle ambrate di un fluido imponderabile. Nei primi tre esperimenti il loro numero non cambia; passano soltanto da un corpo all’altro, dilatano il corpo o si nascondono nel ghiaccio che fonde. I cerchi vuoti sono calorico legato, lo strato turchese è ghiaccio. Nel quarto la trivella fa nascere particelle nuove, bianche, dal nulla — e il conto smette di tornare. Il cursore guida l’esperimento; i numeri sotto la scena sono contati in calorie, come allora.
La canna che non si raffreddava
Al centro, la macchina per forare dell’arsenale. I cavalli girano in tondo; il loro maneggio fa girare una canna di bronzo tramite una grande ruota e un pignone. La canna è in una cassa d’acqua e una trivella smussata preme nella sua anima. In lilla il lavoro meccanico: ingranaggi, albero, potenza dei cavalli. In ambra il calore che nasce nel punto di attrito: le particelle salgono dalla trivella attraverso l’acqua. In turchese l’acqua e la sua temperatura. A destra uno schermo registra il riscaldamento dell’acqua e, sotto, il conto del calorico. Secondo la teoria la riserva di calorico della canna è finita. La barra mostra quanta parte di quella riserva sarebbe già dovuta uscire. Il tempo scorre 120 volte più veloce: un secondo sono due minuti. Se per 20 s non si tocca nulla, gli esperimenti partono da soli.
—
02 · Conversione
| {n} | {v} | {note} |
Le calorie sono diverse. Quella termochimica vale esattamente 4,184 J, quella internazionale 4,1868 J, quella a 15 gradi 4,1855 J. La differenza è di decimi di percento. In un lavoro preciso si indica il tipo di caloria — o meglio, si scrivono subito joule.
I grammi di ghiaccio e d’acqua bollente erano le misure di quell’epoca: così si vedeva il calore. Fondere un grammo di ghiaccio costa 79,7 cal, evaporare un grammo d’acqua a 100 °C circa 540 cal. Il vapore scotta più dell’acqua bollente proprio per quei 540.
03 · Ordini di grandezza
04 · Strumenti di misura
05 · Regole di scrittura
06 · Unità vicine
Il calorico è scomparso, ma ha lasciato un’eredità. Carnot ricavò il limite delle macchine termiche considerando il calorico conservato — e la formula vale ancora. Lavoro e calore si rivelarono un’unica grandezza, e dal rapporto fra calore e temperatura nacque l’entropia.
07 · Sezione storica
La teoria del calorico non ha guastato una sola misura: il calorimetro misurava calore trasferito, non una sostanza. Per questo le tavole delle capacità termiche di Lavoisier e Laplace sono sopravvissute alla teoria. Si abbandonò solo l’ipotesi della conservazione; la misura — la caloria — rimase.
La caloria era definita tramite l’acqua ed ebbe più versioni: a 15 °C, media da 0 a 100 °C, internazionale. Nel 1948 la Conferenza generale dei pesi e delle misure raccomandò di esprimere il calore in joule. La caloria rimase sulle confezioni degli alimenti e nei vecchi manuali.
Catalogo delle grandezze
tutto l'indice →Le sette unità di base del SI
Una goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.
Apri l'indice →