Calore: energia in transito

Di Redazione Studenti.

Esperimento di fisica svolto sull'energia in transito. Il calcolo specifico della vite e della capacità termica del calorimetro

CALORE: ENERGIA IN TRANSITO - ESPERIMENTO

Energia in transito: esperimento sul calore
Energia in transito: esperimento sul calore — Fonte: istock

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

Strumentazione:

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

Fonte: redazione

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.

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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

Fonte: redazione

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:

Fonte: redazione

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