0155. Che cosa sono le grandezze estensive e intensive?

Ho sentito parlare di grandezze fisiche estensive e intensive. Non riesco a chiarirmi questi concetti. La quantità di calore e la pressione sono intensive o estensive? (Simone Iacono)(2053)

Sono grandezze estensive quelle che dipendono dalla quantità di materia. Per dirla in linguaggio corrente, sono grandezze che si misurano "un tanto al chilo". Se io prendo, ad esempio una certa quantità di acqua liquida, diciamo 10 kg, ci sono alcune grandezze il cui valore dipende da quanta acqua ho preso. Queste le chiamiamo grandezze estensive. Un esempio è il volume della nostra massa di acqua. Se io ne ho preso 10 kg, allora ho un volume di 10 litri. Ma se ne prendevo 20 kg, allora il volume sarebbe stato di 20 litri, e via così Il volume è proporzionale alla massa (un tanto al chilo). Quindi il volume è una grandezza estensiva.

Le grandezze che invece assumono sempre lo stesso valore, indipendentemente da quanta materia sto considerando, si chiamano intensive. Nell'esempio precedente, lo è la temperatura. Tutta l'acqua si trova, diciamo, a 15°C. Se ne prendo 1kg o 10 kg, la temperatura è sempre 15°C. Quindi la temperatura è una grandezza intensiva. Comunque, esiste anche una versione intensiva delle grandezze che normalmente sono estensive. Ciò si ottiene rapportando il valore della grandezza estensiva (ad esempio il volume) alla massa totale di sostanza. In questo modo, si definisce una nuova grandezza, chiamata volume specifico (l/kg), il cui valore è, per l'acqua, sempre uguale ad 1, indipendentemente dal fatto che ne prendiamo 5 kg o 20 kg. Alcune famose grandezze estensive, usate in termodinamica , sono: Volume, Energia Interna , Entalpia , Entropia [100]. Alcune grandezze intensive sono: Pressione, Temperatura, Concentrazione, e la versione specifica delle grandezze estensive di cui sopra. Infine, vi sono grandezze "mal definite", come il calore, che non sono riferibili nè "un tanto al chilo", né sono invarianti rispetto alla quantità di materia. In realtà il calore non è una proprietà termodinamica, ma semplicemente un flusso di energia che entra o esce attraverso il confine di un sistema (regione dello spazio che stiamo studiando).

Quindi il calore non è una proprietà della materia, non è quindi classificata fra le funzioni di stato atte a caratterizzare la situazione termodinamica di un sistema. Analoga la situazione per il lavoro meccanico (non è funzione di stato). Esiste pure una grandezza chiamata impropriamente calore specifico, che è una vera proprietà termodinamica, ed, essendo specifica, è intensiva. Tuttavia si tratta di un termine improprio, si dovrebbe invece parlare di Capacità Termica Specifica.

Essa è la versione specifica di una grandezza estensiva, la capacità termica, che rappresenta la quantità di calore necessaria a far crescere di 1°C la temperatura di un sistema. Ad esempio, tutti sanno che la capacità termica specifica dell'acqua è di 4187 J/kg°C. Quindi, per far crescere di 1°C la nostra massa di 10 kg di acqua, occorreranno 41.870 J. Questa è dunque la capacità termica della nostra massa di 10 kg di acqua. Se avessi avuto 20 kg di acqua, la sua capacità termica sarebbe stata il doppio...

Angelo Farina – Ingegnere