Calorimetria: calorimetro, equazione dell’equilibrio termico
8 Settembre 2026 · Mario Lomele
La calorimetria è la parte della termologia che misura gli scambi di calore. Il suo strumento è il calorimetro e il suo principio è uno solo: in un sistema isolato, il calore ceduto da un corpo è esattamente uguale a quello assorbito dagli altri.
Il principio dell’equilibrio termico
Quando due corpi a temperature diverse vengono messi a contatto in un recipiente isolato, il calore fluisce dal più caldo al più freddo finché le temperature si eguagliano. Poiché nulla si disperde verso l’esterno:
Q ceduto + Q assorbito = 0
ovvero, in valore assoluto, il calore perso da uno è quello guadagnato dall’altro. Da qui si ricava la temperatura di equilibrio, o il calore specifico incognito, o la massa.
Il calorimetro delle mescolanze
Il modello classico è un recipiente a doppia parete con intercapedine, coperchio, termometro e agitatore. La sua funzione è ridurre al minimo gli scambi con l’ambiente, così che il sistema si possa considerare isolato.
Il calorimetro però non è perfetto: assorbe esso stesso una parte del calore. Si tiene conto di questo con l’equivalente in acqua, cioè la massa d’acqua che assorbirebbe la stessa quantità di calore del calorimetro per lo stesso aumento di temperatura. Nei calcoli la si somma semplicemente alla massa d’acqua presente.
L’equazione da scrivere
Con due corpi, uno caldo e uno freddo, e chiamando t la temperatura di equilibrio:
m₁ · c₁ · (t₁ − t) = m₂ · c₂ · (t − t₂)
dove il membro di sinistra è il calore ceduto dal corpo caldo e quello di destra il calore assorbito dal freddo. Se è presente il calorimetro, la sua massa equivalente va aggiunta al corpo con cui è in contatto, tipicamente l’acqua.
Un esercizio tipico: trovare il calore specifico
Si scalda un blocco metallico a temperatura nota, lo si immerge nell’acqua del calorimetro e si misura la temperatura di equilibrio. Scrivendo il bilancio e risolvendo rispetto a c del metallo si ottiene il valore cercato.
La sequenza corretta è sempre la stessa:
- identifica chi cede e chi assorbe calore;
- scrivi il calore di ciascun corpo con la formula giusta;
- controlla se qualcuno cambia stato: in tal caso serve anche il termine di calore latente;
- imponi l’uguaglianza e risolvi.
Quando c’è un passaggio di stato
È la complicazione più frequente. Aggiungendo ghiaccio a dell’acqua, il ghiaccio deve prima fondere — assorbendo Q = m · Lf a temperatura costante — e solo dopo l’acqua di fusione si riscalda. Il termine latente va scritto separatamente da quello sensibile, come spiegato nella pagina sul calore latente.
Va anche verificato se il ghiaccio fonde tutto: se l’energia disponibile non basta, la temperatura finale resta zero gradi e nel recipiente coesistono acqua e ghiaccio. È il controllo che molti esercizi richiedono implicitamente.
La capacità termica
La capacità termica di un corpo, C, è il prodotto della sua massa per il calore specifico: rappresenta il calore necessario ad aumentarne la temperatura di un grado. Si misura in joule su kelvin, mentre il calore specifico si riferisce all’unità di massa.
L’acqua ha un calore specifico particolarmente elevato: è il motivo per cui il mare mitiga il clima e per cui l’organismo, fatto in gran parte d’acqua, ha una notevole inerzia termica.
Gli errori più frequenti
- trascurare l’equivalente in acqua del calorimetro quando il testo lo fornisce;
- usare lo stesso calore specifico per ghiaccio e acqua liquida;
- dimenticare il termine di calore latente in presenza di un passaggio di stato;
- non verificare che il ghiaccio fonda completamente;
- mescolare unità di misura, per esempio calorie e joule, senza convertire.
Domande frequenti
Che cos’è l’equivalente in acqua del calorimetro?
La massa d’acqua che assorbirebbe la stessa quantità di calore del calorimetro per la stessa variazione di temperatura. Si somma alla massa d’acqua nel bilancio.
Perché si usa un agitatore?
Per uniformare la temperatura nel recipiente e raggiungere prima l’equilibrio, riducendo il tempo di dispersione verso l’esterno.
Come si riconosce che serve il calore latente?
Quando nel problema compare un cambiamento di stato: fusione, solidificazione, evaporazione o condensazione.
In sintesi
La calorimetria si riduce a un bilancio: quello che un corpo perde, un altro lo guadagna. Le difficoltà nascono solo dai dettagli — l’equivalente in acqua, i passaggi di stato, la verifica che la fusione sia completa — e si superano scrivendo ogni termine separatamente. Sono utili anche le pagine su calore latente ed energia cinetica e potenziale, oltre ai quiz di fisica della piattaforma Accademia.
Approfondimento esterno: la voce sulla calorimetria della Treccani descrive gli strumenti e le convenzioni di misura.