L’apporto di energia termica (Q) richiesto per aumentare la temperatura (T) di una sostanza di un grado Celsius (1°C), è definito come la sua capacità termica (C). Essendo una proprietà “estensiva”, il valore di C varia non solo da sostanza a sostanza, ma anche per quantità diverse della stessa sostanza. Per adeguarsi a ciò, le capacità termiche possono essere espresse in termini che incorporano quantità o quantità. Se si fa riferimento alla capacità termica per mole di materiale, si parla di capacità termica molare; se si tratta invece della capacità termica per grammo di materiale, è la capacità termica specifica o, più semplicemente, il “calore specifico”. Questi termini sono di grande valore quando si parla di sostanze pure.
I problemi di ingegneria spesso forniscono C come “dato”, mentre Q è “sconosciuto”. L’equazione è Q=smΔT, dove m è la massa in grammi e ΔT è l’aumento della temperatura in gradi Celsius. La capacità termica può essere un parametro chiave per una serie di motivi. Per illustrare, i materiali con capacità termiche maggiori vengono talvolta utilizzati come dissipatori di calore, poiché assorbono il calore come una spugna. L’acqua è degna di nota a questo proposito, in quanto presenta il maggior valore C noto tra le sostanze comuni, rendendola eminentemente adatta all’uso come refrigerante per radiatori.
In meteorologia, la capacità termica gioca un ruolo in diversi fenomeni, incluso il motivo per cui il vento, lungo la costa, soffia in una direzione diversa durante il giorno rispetto alla notte. La terra ha una capacità termica inferiore rispetto all’acqua, quindi la terra si riscalda più velocemente del mare di giorno, mentre si raffredda più rapidamente di notte. L’aria è più fresca sull’oceano di giorno, ma sulla terraferma di notte. L’aria calda è leggera e sale, permettendo a brezze più fresche e più pesanti di sostituirla. Durante il giorno, queste brezze soffiano da terra a mare, mentre durante la notte è vero il contrario, fatti che influenzano sia gli uccelli costieri che i piloti di alianti.
La capacità termica non tiene conto dei cambiamenti di fase, come nello scioglimento del ghiaccio per formare l’acqua. Viene data una considerazione separata a questo fenomeno: questa proprietà è chiamata “calore di fusione”. Allo stesso modo, la conversione del liquido in gas è chiamata “calore di vaporizzazione”. Il ghiaccio ha un calore di fusione eccezionalmente elevato, conferendo stabilità ai sistemi meteorologici terrestri e rendendo pratica la refrigerazione domestica. Curiosamente, il gas ammoniacale, un tempo utilizzato nei sistemi di refrigerazione industriale e domestica, ha una capacità termica e un calore di fusione ancora più elevati.