Contributi dei moti alla capacità termica

Se a un dato un generico corpo a temperatura T₁ è somministrata energia sotto forma di calore q esso si porterà a una temperatura T₂ ovvero  ha avuto una variazione di temperatura pari a T₂-T₂. Detta ΔT questa variazione si definisce capacità termica C il rapporto tra la quantità di calore trasferita al corpo e la variazione di temperatura ovvero:
C = q/ΔT

Quanto maggiore è la capacità termica tanto minore è l’effetto di un flusso di calore q sulla variazione di temperatura.

Tipi di moto

La temperatura è correlata all’energia cinetica media dovuta ai moti traslazionali delle molecole.

Se sono presenti anche moti vibrazionali e rotazionali questi ricevono energia termica riducendo la quantità che va ai moti traslazionali. Tuttavia poiché la temperatura dipende solo da questi ultimi, l’effetto di altri tipi di moto sarà quello di ridurre la dipendenza dell’energia interna dalla temperatura con conseguente aumento della capacità termica.

Pertanto le molecole monoatomiche che hanno solo moti traslazionali presentano una capacità termica minore di quelle biatomiche e triatomiche. Per questo motivo le capacità termiche dei gas monoatomici sono identiche.

Una molecola biatomica è di tipo lineare e pertanto ha un asse che definisce due direzioni perpendicolari in cui può avvenire la rotazione. Ognuno di essi rappresenta un ulteriore grado di libertà che contribuiscono rispettivamente per ½ R alla capacità termica.

Per molecole triatomiche non lineari le rotazioni sono possibili lungo le tre direzioni dello spazio e quindi queste molecole hanno una capacità termica rotazionale pari a 3 R/2. Inoltre i singoli atomi possono muoversi l’uno rispetto all’altro dando un moto vibrazionale. Una molecola costituita da N atomi può vibrare in 3N -6 modi diversi. Ciascun moto vibrazionale contribuisce di un fattore R alla capacità termica totale.

Contributi dei moti molecolari

Vengono riportati in tabella i contributi dei moti molecolari alla capacità termica: