Calore: energia in transito

Di Redazione Studenti.

Spiegazione del calcolo specifico della vite e della capacità termica del calorimetro

OGGETTO:
Calcolo del calore specifico (c) di un corpo di materiale ignoto.




STRUMENTAZIONE:

  • Calorimetro;
  • Oggetto di materiale ignoto: vite;
  • Termometro;
  • Becker;
  • Acqua;
  • Becco Bunsen;

                        
PROCEDIMENTO:

Per iniziare l’esperimento abbiamo bisogno di un sistema isolato, ovvero un sistema in cui non vi è nessun scambio di calore con l’esterno.
Noi utilizzeremo un calorimetro, questo internamente è formato da una superficie speculare, capace di riflettere il calore e un retino che serve a non far toccare le pareti all’oggetto molto caldo, in quanto potrebbe danneggiare il calorimetro stesso; fra la parte interna ed esterna del recipiente vi è il vuoto; mentre il coperchio ha due fori: in uno si inserisce il termometro, per poter appunto misurare la temperatura, e nell’altro vi è un agitatore.
Poniamo nel calorimetro 200 ml di acqua a 16.6 °C; a parte mettiamo in un becker 100 ml di acqua con la vite, aspettiamo fino a quando l’acqua non arriva al punto di ebollizione ovvero a 100 °C.
Adesso poniamo la vite, con molta attenzione, nel calorimetro, richiudiamo bene col coperchio, in modo da non avere dispersioni di calore.
Attendiamo alcuni minuti affinché si arrivi a una temperatura di equilibrio.
Notiamo che il calore che cede la vite, non viene acquistato solo dall’acqua, ma anche dalle pareti del calorimetro stesso.
Possiamo distinguere allora l’esperimento in due fasi:

  • Calcolare il calore specifico della vite c(v);
  • Calcolare la capacità termica del calorimetro C(c).
∆E(v) = ∆E(a) + ∆E(c)
C(v) ∆T(v) = Ca ∆T(a) + C(c) ∆T(c)
c(v) m(v) ∆T(v) = c(a) m(a) ∆T(a) + C(c) ∆T

Il calore specifico della vite c(v) e la capacità termica del calorimetro C(c) sono incognite quindi ora, utilizziamo altra acqua per calcolarci la capacità termica.

∆E(a) = ∆E(c) + ∆E(a”)
C(a) m(a) ∆T(a) = C(c) ∆T(c) + m(a”) c(a”) ∆T(a”)

Calcoliamo la capacità termica del calorimetro C(c) e la sostituiamo alla formula iniziale.
Ora abbiamo tutti i dati e possiamo terminare l’esperimento.

m(1) = 100 ml              t(1) = 16.6 °C
m(2) = 200ml               t(2) = 65.0 °C
m1 + m2 = 300ml        t eq. = 46.2 °C
m(v) = 31.23 g

0.2 x 4186 (65 – 46.2) = 0.1 x 4189 (46.2 – 16.6) + C (46.2 – 16.6)
0.2 x 4186 x 18.8 = 0.1 x 4186 x 29.6 + 29.6C
15739.36 = 12390.56 + 29.6C

C = 15739.36 – 12390.56 / 29.6
C = 113.12 J / K

Ora calcoliamo il calore specifico della vite:

c(v) x 0.0312 kg x 80.6 = 113.12 x 3 + 4186 x 0.2 kg x 3
c(v) = 339.36 + 2511.6 / 2.5147
c(v) = 1133 J/kg k


Fase 1

Massa
(ml)(g)

Temperatura
(°C)

200

16.4

31.23

100

Vite + acqua

19.4














 Fase 2 


Massa
(ml)

Temperatura
(°C)

100

16.6

200

65

300

46.2



CONCLUSIONE:

Dai calcoli effettuati, possiamo dedurre che l’oggetto da noi analizzato, ovvero la vite, è formato da una lega metallica, in quanto non è classificato fra i valori della tabella seguente:

Sostanza

Calore specifico
(J/kg k)

Sostanza

Calore specifico
(J/kg k)

Acqua

4186

Idrogeno

14300

Alluminio

880

Mercurio

138.1

Anidride carbonica

820

Oro

129

Argento

240

Ottone

380

Aria

1004.6

Ossigeno

920.9

Elio

5100

Rame

387

Ferro

460

Vapore d’acqua

2000

Carbonio

850

Vetro

800